第八節磁場對運動電荷的作用力

2022-05-06 18:06:04 字數 3843 閱讀 6674

【知識要點】

1.洛侖茲力的概念;方向;大小.

2.洛侖茲力是否做功呢?

3.在磁場中作勻速圓周運動的帶電粒子,其軌道的半徑與週期怎樣確定?

4.帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動問題的分析方法和注意問題有哪些?

【典型例題】

例1.有一圓形邊界的勻強磁場區域,一束質子流以不同的速率,由圓周上的同一點,沿半徑方向射入磁場,質子在磁場中(   )

a.路程長的運動時間長 b.速率小的運動時間短

c.偏轉角度大的運動時間長 d.運動的時間有可能無限長

例2.粒子()和氘核()垂直於磁感線方向進入同一勻強磁場中,它們作勻速圓周運動的半徑相同,其原因可能是它們(   )

a.進入磁場的初速度相同 b.進入磁場的初動能相同

c.入磁場的初動量相同 d.進入磁場前均由靜止起經同一電場加速

例3.如圖所示,一陰極射線管,左側不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導線ab時,發現射線的徑跡向彎曲,則(  )

a.導線中的電流從a到b

b.導線中的電流從b到a

c.若要使電子束的徑跡向上彎曲,可以改變ab中的電流方向來實現

d.電子束的徑跡與ab 中的電流方向無關

例4. 乙個長螺線管中通有恆定直流電,把乙個帶電粒子(不計粒子重力)沿著管軸線射入管中,粒子在管中做什麼運動?

例5.如圖所示,在軸的上方()存在著垂直於紙面向外的勻強磁場,磁感強度為b.在原點有乙個離子源向軸上方的各個方向發射出質量為、電量為的正離子,速率都為,對那些在平面內運動的離子,在磁場中可能到達的最大不計離子的重力)

例5.如圖所示,質量為m,帶電量為q的小球,在傾角為的光滑斜面上由靜止開始下滑,勻強磁場的磁感應強度為b,方向垂直紙面向外,若帶電小球下滑後某個時刻對斜面的壓力恰好為零,問:(1)小球帶電性質如何?(2)此時小球下滑的速度和位移分別是多大?

例7.如圖所示,在y<0的區域內存在勻強磁場,磁場方向垂直平面並指向紙面外,磁感應強度為b.一帶正電的粒子(不計重力)以速度v0從o點射入磁場,入射方向在xy平面內,與x軸正向的夾角為.若粒子射出磁場的位置與o點的距離為,求該粒子的電荷量與質量之比q/m.

* 例8.如圖所示,在x軸上方有一磁感應強度為b,方向垂直於紙面向裡的勻強磁場,在x軸下方有沿y軸負方向的勻強電場,場強為e.一質量為m,電量為-q的粒子從座標原點o沿著y軸正方向射出,射出之後,第三次到達x軸時,它與點o的距離為l.求此粒子射出時的速度v和運動的總路程s(重力不計).

【小試鋒芒】

# 1.關於帶電粒子所受洛倫茲力f、磁感應強度b和粒子速度v三者方向之間的關係,下列說法正確的是(  )

a.f、b、v三者必定均相互垂直

b.f必定垂直於b、v,但b不一定垂直v

c.b必定垂直於f、v,但f不一定垂直於v

d.v必定垂直於f、b,但f不一定垂直於b

2.電子射入只存在磁場的空間區域後 (   )

a.動能不可能變化 b.動量一定變化

c.能作勻速直線運動 d.一定作勻變速直線運動

* 3.如圖所示,絕緣劈兩斜面光滑且足夠長,它們的傾角分別為α、β(α<β),處在垂直紙面向裡的勻強磁場中,將質量相等、帶等量異種電荷的小球a和b,同時從兩斜面的頂端靜止釋放,不考慮兩電荷之間的庫侖力,則(   )

a.在斜面上兩球作勻加速運動,且aab.在斜面上兩都作變加速運動

c.兩球沿斜面運動的最大位移sad.兩球沿斜面運動的時間ta>tb

4.電子以4×106m/s的速率垂直射入磁感應強度0.5t的勻強磁場中,受到的磁場力為_____n.如果電子射入磁場時速度v與b的方向間的夾角是180°,則電子受的磁場力為_______n.

5.如圖所示,虛線框內空間中同時存在著勻強電場和勻強磁場,勻強電場的電力線豎直向上,電場強度e=6×104伏/公尺,勻強磁場的磁力線未在圖中畫出.一帶正電的粒子按圖示方向垂直進入虛線框空間中,速度v=2×105公尺/秒.如要求帶電粒子在虛線框空間做勻速運動,磁場中磁感線的方向如何?磁感應強度大小多大?(帶電粒子所受重力忽略不計)

6.如圖所示,在豎直平面內有乙個正交的勻強電場和勻強磁場磁感應強度為1t,電場強度為n/c.乙個帶正電的微粒,q=2×10-6c,質量m=2×10-6kg,在這正交的電場和磁場內恰好做勻速直線運動,則帶電粒子運動的速度大小多大?方向如何?

【大顯身手】

# 1.如圖所示為電視機映象管的偏轉線圈的示意圖.線圈中心o處的黑點表示電子槍射出的電子,它的方向由紙內垂直指向紙外.當偏轉線圈中的電流方向如圖所示時,電子束應(   )

a.向左偏轉 b.向上偏轉 c.向下偏轉 d.不偏轉

2.電子與質子速度相同,都從o點射入勻強磁場區,則圖中畫出的四段圓弧,哪兩個是電子和質子運動的可能軌跡(   )

a.a是電子運動軌跡,d是質子運動軌跡

b.b是電子運動軌跡,c是質子運動軌跡

c.c是電子運動軌跡,b是質子運動軌跡

d.d是電子運動軌跡,a是質子運動軌跡

3. 在空間某一區域中存在著勻強電場和勻強磁場,乙個帶電粒子能夠沿著一條直線運動,則關於電場和磁場方向與帶電粒子的運動情況,下列說法中正確是(   )

a.如果電場和磁場的方向相同,粒子一定做勻速直線運動

b.如果電場和磁場的方向相同,粒子一定做勻變速直線運動

c.如果電場和磁場方向相互垂直,粒子一定做勻速直線運動

d.如果電場和磁場方向相互垂直,粒子可能做變速直線運動

* 4. 如圖所示,勻強電場e的方向豎直向下,勻強磁場b的方向垂直紙面向裡,讓三個帶有等量同種電荷的油滴m、n、p進入該區域中,m進入後能向左做勻速運動,n進入後能在豎直平面內做勻速圓周運動,p進入後能向右做勻速運動,不計空氣阻力,則三個油滴的質量關係是(   )

a.mm>mn>m

b.mp>mn>mm

c.mn<mm=m

d.mn>mm=mp

5.一電子在勻強磁場中以一正電荷為圓心在一圓軌道上執行,磁場方向垂直於它的運動平面,電場力恰好是磁場作用在電子上的磁場力的3倍,電子電荷量為e,質量為m,磁感應強度為b,那麼電子運動的角速度可能為( )

a、 b、 c、 d、

6.質子()和粒子()從靜止開始經過相同的電勢差加速後垂直進入同一勻強磁場做圓周運動,則這兩粒子的動能之比軌道半徑之週期之比

7.如圖所示,一束電子(電量為e)以速度垂直射入磁感應強度為b,寬度為d的勻強磁場中,穿過磁場時速度方向與原來入射方向的夾角是30°,則電子的質量是穿過磁場的時間是

8.如圖所示,在磁感應強度是b的水平勻強磁場中有一電子以速度豎直向上運動,電子離開出發點能達到的最大高度是 ,達到最大高度所用的時間是電子能達到的最大位移等於達到最大位移所用的時間是

9.如圖所示,電子槍發出的電子初速度為零,當被一定的電勢差u加速後,從n點沿mn方向出射,在mn的正下方距n點為d處有乙個靶p,若加上垂直於紙面的勻強磁場,則電子恰能擊中靶p,已知u、d,電子電量e、質量m以及∠mnp=,則所加磁場的磁感應強度方向為大小為

10、邊長為a的正方形空腔內有垂直向內的磁場,頂點處有小孔,質量為m帶電量為q的粒子從a點以速度垂直射入磁場,如圖所示。

(1)要使粒子沿軌跡1從c點射出,粒子應帶什麼電?

(2)要使粒子沿徑跡2從b點射出,磁場的磁感應強度應為多少?

(3)若磁感強度為b,讓粒子沿徑跡3由d點射出,則應加乙個什麼方向的勻強電場,場強為多大?

11.空間中存在方向垂直於紙面向裡的勻強磁場,磁感應強度為b,一帶電量為+q、質量為m的粒子,在p點以某一初速開始運動,初速方向在圖中紙面內如圖中p點箭頭所示.該粒子運動到圖中q點時速度方向與p點時速度方向垂直,如圖中q點箭頭所示.已知p、q間的距離為l.若保持粒子在p點時的速度不變,而將勻強磁場換成勻強電場,電場方向與紙面平行且與粒子在p點時速度方向垂直,在此電場作用下粒子也由p點運動到q點.不計重力.求:

(1)電場強度的大小.

(2)兩種情況中粒子由p運動到q點所經歷的時間之差.

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