10、如图,始终静止在斜面上的条形磁铁P ,当其上方固定的水平直导线L 中通以垂直于纸面向外的电流时,斜面对磁体的弹力N 和摩擦力f 的大小变化是( )
A .N 、f 都增大B .N 、f 都减小C .N 增大、f 减小D .N 减小,f 增大
解析:由左手定则知导线受力斜向左上方,磁铁受磁场力斜向右下方,支持力 摩擦力均增大,A 对。
11、质量m=0.1 g的小物块,带有5×10-4 C的电荷,放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上,整个斜面置于B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向如图所示,物块由静止开始下滑,滑到某一位置时,开始离开斜面(设斜面足够长,g 取10 m/s2),求:
(1)物块带何种电荷?
(2)物块离开斜面时的速度多大?
(3)物块在斜面上滑行的最大距离。
解:(1)因为物块由静止下滑且最后要离开斜面,所以所受洛伦兹力垂直斜面向上,由左手定则知物块带负电荷
(2)以物体为研究对象,受力分析如图所示,当物块离开斜面时F N =0,即:
F 洛=mgcos30° ①
F 洛=qvB ② 由①②得≈3.46 m/s
(3)设物体在斜面上下滑的最大距离为L ,由动能定理可知:
所以
14、两块平行金属板MN 、PQ 水平放置,板长为L ,两板间距离为L 。在紧靠平行板右侧的正三角形区域内存在着垂直于纸面的匀强磁场,三角形底边BC 与PQ 在同一水平线上,顶点A 与MN 在同一水平线上,如图所示。一个质量为m 、电荷量为+q的粒子沿两板间中心线以初速度v0水平射入,若在两板间加某一恒定电压,粒子离开电场后恰好垂直于AB 边进入磁场,并垂直于AC 边射出。不计粒子的重力,整个装置都处于真空中。求:
(1)两极板间的电压的大小;
(2)三角形区域内的磁感应强度的大小;
(3
)粒子从开始进入电场到从AC 边射出经历的时间。
解:(1)运动的水平位移L=v0t 1
分解电场中类平抛的末速度可得 由牛顿第二定律得 解得
(2)粒子运动的轨迹如图所示
磁场中,,即 由几何关系可确定半径AD 长度为
进入磁场的速度v 满足v 0=vcos30°
解得 (3)粒子在电场中的偏转时间 粒子飞出电场到刚要进磁场的过程中做匀速直线运动,这个过程位移的水平分量为所用时间 粒子在磁场中的运动时间 而运动周期,解得
所以总的运动时间为
2. 如图3-4-15所示,在真空中,水平导线中有恒定电流I 通过,导线的正下方有一质子,初速度方向与电流方向相同,则质子可能的运动情况是
A .沿路径a 运动
B .沿路径b 运动
C .沿路径c 运动
D .沿路径d 运动 ( ) .
图3-4-15
解析 由安培定则,电流在下方产生的磁场方向垂直纸面向外,由左手定则,质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上,则质子的轨迹必定向上弯曲,因此C 、D 项必错;由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直,故其运动轨迹必定是曲线,则B 项正确,A 项错误.
答案 B
如图所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N 极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面,当线圈内通入如图方向的电流后,则线圈( )
A .向左运动 B .向右运动
C.静止不动 D .无法确定
【解析】 此题可以采用电流元法,也可采用等效法.
解法一:等效法.把通电线圈等效成小磁针.由安培定则,线圈等效成小磁针后,左端是S 极,右端是N 极,异名磁极相吸引,线圈向左运动.
解法二:电流元法.如图所示,取其中的上、下两小段分析,根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动.
【答案】 A 【方法总结】 安培力作用下导体运动方向的判断方法
4. 来自宇宙的带有正、负电荷的粒子流,沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些粒子在进入地球周围的空间时,下列说法正确的为
A. 正离子将相对于预定地点向东偏转
B. 负离子将相对于预定地点向东偏转
C. 正离子将相对于预定地点向西偏转
D. 负离子将相对于预定地点向西偏转
答案:AD
解析:离子射向地球的情况如图:
根据左手定则正离子将向东偏转,负离子将向西偏转,故选A 、D.
如图所示虚线所围的区域内,存在电场强度为E 的匀强电场和磁感应强度为B 的匀强磁场,已知从左侧水平射入的电子,穿过这一区域时未发生偏转,设重力忽略不计,则在这个区域中的E 和B 的方向可能是( )
A .E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相同
B .E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相反
C .E 竖直向上,B 垂直于纸面向外
D .E 竖直向上,B 垂直于纸面向里
解析:重力忽略不计的电子,穿过这一区域时未发生偏转,
A 、若E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相同,则有电子所受电场力方向与运动方向相反,而由于电子运动方向与B 方向相互平行,所以不受磁场力,因此穿过此区域不会发生偏转.故A 正确;
B 、若E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相反,则有电子所受电场力方向与运动方向
相同,而由于电子运动方向与B 方向在一条直线上,所以不受磁场力,因此穿过此区域不会发生偏转.故B 正确;
C 、若E 竖直向上,B 垂直于纸面向外,则有电场力竖直向下,而磁场力由左手定则可得方向竖直向上,所以当两力大小相等时,电子穿过此区域不会发生偏转.故C 正确;
D 、若E 竖直向上,B 垂直于纸面向里,则有电场力方向竖直向下,而磁场力方向由左手定则可得竖直向下,所以两力不能使电子做直线运动,故D 错误;
故选ABC .
10、如图所示,设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下,从静止开始自A 点沿曲线ACB 运动,到达B 点时速度为零,C 点是运动的最低点,忽略重力,以下说法不正确的是( )
A .这离子必带正电荷
B .A 点和B 点位于同一高度
C .离子到达B 点时,将沿原曲线返回A
D .点离子在C 点时速度最大
解析:A 、从图中可以看出,上极板带正电,下极板带负点,带电粒子由静止开始向下运动,说明受到向下的电场力,可知粒子带正电.选项A 正确.
B 、离子具有速度后,它就在向下的电场力F 及总与速度心垂直并不断改变方向的洛仑兹力f 作用下沿ACB 曲线运动,因洛仑兹力不做功,电场力做功等于动能的变化,而离子到达B 点时的速度为零,所以从A 到B 电场力所做正功与负功加起来为零.这说明离子在电场中的B 点与A 点的电势能相等,即B 点与A 点位于同一高度.B 选项正确.
C 、只要将离子在B 点的状态与A 点进行比较,就可以发现它们的状态(速度为零,电势能相等)相同,如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加区域,离子就将在B 之右侧重现前面的曲线运动,因此,离子是不可能沿原曲线返回A 点的.如图所示.选项C 错误.
D 、在由A 经C 到B 的过程中,在C 点时,电势最低,此时粒子的电势能最小,由能量守恒定律可知此时具有最大动能,所以此时的速度最大.选项D 正确.
本题选错误的,故选C .
11、如图所示,在真空中一个光滑的绝缘的水平面上,有直径相同的两个金属球A 、C .质量m A =0.01kg,m C =0.005kg.静止在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中的C 球带正电,电量q C =1×10-2 C.在磁场外的不带电的A 球以速度v 0=20m/s进入磁场中与C 球发生正碰后,C 球对水平面压力恰好为零,设向右为正,则碰后A 球的速度为(
)
A .10 m/sB.5 m/sC.15 m/sD.-20 m/s
答案:解:设A 球初速度方向为正方向,设碰后A 、C 速度为v A 和v C ,由动量守恒得, m A v 0=mA v A +mC v C ①
碰后,两球平均分配电荷,C 球对水平面压力恰好为零,则有:
由①②代入数据得,v A =10m/s
故选A
12、三种粒子(均不计重力):质子、氘核和α粒子由静止开始在同一匀强电场中加速后,从同一位置沿水平方向射入图中虚线框内区域,虚线框内区域加有匀强电场或匀强磁场,以下对带电粒子进入框内区域后运动情况分析正确的是( )
A .区域内加竖直向下方向的匀强电场时,三种带电粒子均可分离
B .区域内加竖直向上方向的匀强电场时,三种带电粒子均不能分离
C .区域内加垂直纸面向里的匀强磁场时,三种带电粒子均可分离
D .区域内加垂直纸面向外的匀强磁场时,三种带电粒子均不能分离
解析:加速电场中,由动能定理得
A 、B 进入电场时:若电场沿竖直方向,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动,则
水平方向:L=vt ②
可见,三个粒子通过相同水平距离L 时,偏转距离y 相同,则它们的轨迹重合,所以只要电场在竖直方向上同,三种带电粒子均不能分离.故A 错误,B 正确.
子的比荷最大,半径最小,所以氘核和α粒子这两种粒子不能分离,质子与它们能分离.故
C 、D 错误. 故选B
13、在光滑绝缘水平面上,一轻绳拉着一个带电小球绕轴O 在匀强磁场中作逆时针方向的匀速圆周运动,磁场方向竖直向下,其俯视图如图所示.若小球运动到A 点时,绳子忽然断开.关于小球在绳断开后可能的运动情况,下列说法中正确的是( )
A .小球仍作逆时针匀速圆周运动,半径不变
B .小球仍作逆时针匀速圆周运动,但半径减小
C .小球作顺时针匀速圆周运动,半径不变
D .小球作顺时针匀速圆周运动,半径减小
解析:A .如果小球带正电,则小球所受的洛伦兹力方向指向圆心,此种情况下,如果洛伦兹力刚好提供向心力,这时绳子对小球没有作用力,绳子断开时,对小球的运动没有影响,小球仍做逆时针的匀速圆周运动,半径不变,A 选项正确.
B .如果洛伦兹力和拉力共同提供向心力,绳子断开时,向心力减小,而小球的速率不变,则小球做逆时针的圆周运动,但半径增大,故B 错误.
C .如果小球带负电,则小球所受的洛伦兹力方向背离圆心,由可知,当洛伦兹力的大小等于小球所受的一半时,绳子断后,小球做顺时针的匀速圆周运动,半径不变,C 选项正确,
D .当洛伦兹力的大小大于小球所受的拉力的一半时,则绳子断后,向心力增大,小球做顺时针的匀速圆周运动,半径减小,D 选项正确,
故选ACD .
问题2. 质量为m ,带正电为q 的小物块放在斜面上,斜面倾角为α,物块与斜面间动摩擦因数为μ,整个斜面处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,如图11-4-17所示,物块由静止开始沿斜面下滑,设斜面足够长,物块在斜面上滑动能达到的最大速度为多大?若物块带负电量为q ,则物块在斜面上滑动能达到的最大速度又为多大?
15、如图所示,套在很长的绝缘圆直棒上的小球,其质量为m ,带电量是+q,小球可在棒上滑动,将此棒竖直放在互相垂直,且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度是E ,磁感强度是B ,小球与棒的动摩擦因数为μ,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度.(设小球带电量不变)
如图所示,水平放置的平行金属板,长为l=140cm,两板之间的距离d=30cm,板间有图示方向的匀强磁场,磁感应强度的大小为
B=1.3×10-3T.两板之间的电压按图所示的规律随时间变化(上板电势高为正).在t=0时,粒子以速度v=4×103m/s从两板(左端)正中央平行于金属板射入,已知粒子质量m=6.63×10-27kg,带电量q=3.2×10-19C,不计重力.求:
(1)试通过分析计算0~1.0×10-4s内,粒子的运动情况及位移大小. (2)粒子穿越两块金属板间的空间共花多长时间?
解:(1)根据题意可知,两金属板间的匀强电场是间断存在的.有电场时,电场方向由上板指向下板,场强大小为E=U/d=1.56V/0.3m=5.2V/m.
粒子进入板间在0
~1.0×104s 内受向下的电场力Eq 和向下的磁场力Bqv 作用,由于电场力与磁场力之比里粒子作匀速直线运动,它的位移
可见在这段时间
(2)在接着的1.0×10s ~2.0×10-4s 时间内,电场撤消,α粒子只受
磁场力作用,将作匀速圆周运动,轨道半径为
轨道直径d ′=2R=12.76cm
由于粒子作匀速圆周运动的周期恰好等于板间匀强电场撤消的时间,所以粒子的运动将是匀速直线运动与匀速圆周运动交替进行,其运动轨迹如图,经过时间 央射离.
5.如图11-4-8所示,有一电量为q ,质量为m 的小球,从两竖直的带等量 异种电荷的平
行板上方高h 处自由下落,两板间有匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,那么带电小球在通过正交电磁场时( ) A .一定做曲线运动 B .不可能做曲线运动 C .可能做匀速直线运动 D .可能做匀加速直线运动 \ 答案:A
从两板的正中
图11-4-8
6.如图11-4-9所示,带电平行板间匀强电场竖直向上,匀强磁场方向垂直纸面向里,某带电小球从光滑轨道上的a 点自由下落,经轨道端点P 进入板间后恰好沿水平方向做直线运动.现使小球从稍低些的b 点开始自由滑下,在经过P 点进入板间后的运动过程中,以下分析中正确的是( )
A .其动能将会增大 B .其电势能将会增大 C .小球所受的洛伦兹力将会逐渐增大 D .小球受到的电场力将会增大
答案:A 、B 、C
图
7.如图11-4-4-10所示,在长方形abcd 区域内有正交的电磁场,ab =bc /2=L ,一带电粒子从ad 的中点垂直于电场和磁场方向射入,恰沿直线从b c 边的中点P 射出,若撤去磁场,则粒子从C 点射出;若撤去电场,则粒子将(重力不计)( ) A .从b 点射出 B .从b 、P 间某点射出 C .从a 点射出 D .从a 、b 间某点射出 答案:
C
8.如图11-4-11所示,在真空中,匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a 、b 、c 带有等量同种电荷,已知a 静止,b 向右匀速运动,c 向左匀速运动,比较它们的质量应有( ) A .a 油滴质量最大 B .b 油滴质量最大 C .c 油滴质量最大 D .a 、b 、c 质量一样 答案:C
9.如图11-4-12中所示虚线所围的区域内,存在电场强度为E 的匀强电场和v 磁感应强度为B 的匀强磁场,已知从左侧水平射入的电子,穿过这一区域时未发生偏转,设重力忽略不计,则在这个区域中的E 和B 的方向可能图11-4-11
是( )
A .E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相同 B .E 和B 都沿水平方向,并与电子运动方向相反
C .E 竖直向上,B 垂直于纸面向外 D .E 竖直向上,B 垂直于纸面向里
答案:A 、B 、C 图11-4-12
1.一个质量为m ,电量为q 的负电荷在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕固定的正电荷做匀速圆周运动,磁场方向垂直于它的运动平面,作用在负电荷上的电场力恰好是磁场力的三倍,则负电荷做圆周运动的角速度可能是:( )
A .
4q B m
B .
3q B m
C .
2q B m
D .
q B m
答案:A 、C
2.如图11-4-5所示,足够长的光滑三角形绝缘槽,与水平面的夹角分别为α和β(α<β),加垂直于纸面向里的磁场.分别将质量相等、带等量正、负电荷的小球 a 、b 依次从两斜面的顶端由静止释放,关于两球在槽上运动的说法正确的是( )
A .在槽上,a 、b 两球都做匀加速直线运动,且a a >a b B .在槽上,a 、b 两球都做变加速运动,但总有a a >a b C .a 、b 两球沿直线运动的最大位移是s a <s b D .a 、b 两球沿槽运动的时间为t a 和t b ,则t a <t b
图11-4-5
答案:A 、C 、D
3.一带正电的小球沿光滑水平桌面向右运动,飞离桌面后进入匀强磁场,如图11-4-6所示,若飞行时间t 1后落在地板上,水平射程为s 1,着地速度大小为v 1,撤去磁场,其他条件不变,小球飞行时间t 2,水平射程s 2,着地速度大小为v 2,则( ) A .s 2>s 1 B .t 1>t 2 C .v 1>v 2 D .v 1=v
图11-4-6
4.用绝缘细线悬挂一个质量为m 、带电量为+q 的小球,让它处于右图11-4-7所示的磁感应强度为B 的匀强磁场中.由于磁场的运动,小球静止在如图位置,这时悬线与竖直方向夹角为α,并被拉直,则磁场运动的速度和方向是( ) A .v =mg /Bq ,水平向右 B .v =mg /Bq ,水平向左 C .v =mg tan α
/Bq ,竖直向上 D .v =mg tan α/Bq ,竖直向下
答案:A 、B
B
图11-4-7