| 洛伦兹力 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.5 运动电荷在磁场中受到的力

洛伦兹力

如图所示,正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场,一不计重力的带电粒子垂直磁场边界从$M$点射入,从$N$点射出。下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

粒子带正电

","

粒子在$N$点速率小于在$M$点速率

","

若仅增大磁感应强度,则粒子可能从$N$点下方射出

","

若仅增大入射速率,则粒子在磁场中运动时间变长

"]
[["C"]]

$\rm A$.粒子向右偏转,洛伦兹力方向整体向右,根据左手定则可知,四指指向与粒子速度方向相反,可知粒子带负电,故$\rm A$错误;

$\rm B$.洛伦兹力不做功,根据动能定理可知,粒子的速率不变,即粒子在$N$点的速率等于在$M$点的速率,故$\rm B$错误;

$\rm C$.粒子做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,则有$qvB=m\dfrac{{{v}^{2}}}{R}$,解得$R=\dfrac{mv}{qB}$

若增大磁感应强度,则轨道半径减小,可知,粒子可能从$N$点下方射出,故$\rm C$正确;

$\rm D$.结合上述可知,若增大入射速率,则轨道半径增大,粒子将从$N$点上方射出,对应圆弧的圆心角$\theta $减小,根据$qvB=m\dfrac{{{v}^{2}}}{R}$$T=\dfrac{2\pi R}{v}$,解得$T=\dfrac{2\pi m}{qB}$

粒子在磁场中运动的时间$t=\dfrac{\theta }{2\pi }T=\dfrac{\theta m}{qB}$,圆心角减小,运动时间减小,可知,若仅增大入射速率,则粒子在磁场中运动时间变短,故$\rm D$错误。

故选$\rm C$

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地磁场能抵御宇宙射线的侵入,赤道剖面处地磁场可简化为包围地球且厚度为地球半径的的匀强磁场,方向垂直该剖面。图中给出的速度在图示平面内,从点沿平行与垂直地面两个不同方向入射的、、三种比荷相同的带电粒子(不计重力)在地磁场中的三条运动轨迹,其中、粒子入射速度大小分别为、,方向与地面平行,粒子入射速度方向与地面垂直,且它们都恰不能到达地面。则下列相关说法中正确的是 如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置长度为的金属棒从距地面高为处,以水平初速度抛出。设运动的整个过程中棒的取向不变,且不计空气阻力。已知重力加速度为,则落地时金属棒、两端产生的感应电动势和电势高低,判断正确的是 如图所示,一质量为M的足够长“匚”型金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。质量为m、电阻不计的导体棒PQ平行bc放置在导轨上,PQ左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨单位长度的电阻为R,bc长为L,初始时bc与PQ间距离也为L。分界线ef与bc平行,其左侧有竖直向上的匀强磁场,右侧有水平向左的匀强磁场,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨bc段中点,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,PQ与导轨间动摩擦因数为μ,且始终接触良好,则 如图所示,一质量为M的足够长“匚”型金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。质量为m、电阻不计的导体棒PQ平行bc放置在导轨上,PQ左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨单位长度的电阻为R,bc长为L,初始时bc与PQ间距离也为L。分界线ef与bc平行,其左侧有竖直向上的匀强磁场,右侧有水平向左的匀强磁场,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨bc段中点,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,PQ与导轨间动摩擦因数为μ,且始终接触良好,则 如图所示,空间存在范围足够大、垂直平面向里的匀强磁场(图中未画出),一质量为、带电荷量为的带电粒子从坐标原点沿轴正方向以速度射出,带电粒子恰好经过点,不计粒子受到的重力及空气阻力。则匀强磁场的磁感应强度大小与运动时间分别为 如图所示为某电磁仪器的原理图,在虚线上方有一半径为的圆形匀强磁场区域,其圆心位于点正上方且间的距离为,圆内磁场方向垂直纸面向外。一质量为、带电荷量为的粒子从点沿垂直于向上的方向以初速度射出,粒子通过圆形磁场区域后速度方向与平行,不计粒子重力。
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