高中 | 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,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R0,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$(\quad\ \ \ \ )$

["

回路中的电动势先增大后减小

","

运动过程中拉力F的最大值为Ma+μmg+$\\frac{B^{2}L^{2}a\\mu}{2R_{0}\\sqrt{3La}}$

","

若t0时间内导轨产生的焦耳热为Q,则该时间内导轨克服安培力做功为Q

","

若t0时间内导轨产生的焦耳热为Q,则该时间内导轨克服摩擦力做功为$\\frac{1}{2}\\mu mgat_{0}^{2}+\\mu Q$

"]
[["CD"]]

A.导轨做初速为零的匀加速运动,t时刻的速度 v=at

回路中感应电动势:E=BLv=BLat

可知回路中的电动势一直增大,选项A错误;

B.导轨运动以后,由v=at,$x=\frac{1}{2}at^{2}$,Rx=R0•2x,$I=\frac{E}{R_{x}+3LR_{0}}$,F=BIL

得$F_{安}=\frac{B^{2}L^{2}at}{(3L+at^{2})R_{0}}$

导轨受外力F,安培力F和滑动摩擦力f。其中有f=μFN=μ(mg+F

对导轨,由牛顿第二定律得F-FA-f=Ma

联立得$F=\mu mg+Ma+(\mu+1)\frac{B^{2}L^{2}at}{(3L+at^{2})R_{0}}=\mu mg+Ma+(\mu+1)\frac{B^{2}L^{2}a}{(\frac{3L}{t}+at)R_{0}}$

分析可知, 当$\frac{3L}{t}=at$即$t=\sqrt{\frac{3L}{a}}$力F最大,则有

$F_{\max}=Ma+\mu mg+(\mu+1)\frac{B^{2}L^{2}a}{2R_{0}\sqrt{3La}}$

选项B错误;

C.克服安培力做功等于产生的焦耳热,可知若t0时间内导轨产生的焦耳热为Q,则该时间内导轨克服安培力做功为Q,选项C正确;

D.又导轨克服摩擦力做功为$W=\mu(mg+{\overline{F}}_{安})x$

而 $Q={\overline{F}}_{安}x$,$x=\frac{1}{2}at_{0}^{2}$

则有$W=\frac{1}{2}\mu mgat_{0}^{2}+\mu Q$

选项D正确。

故选CD。

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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,地面附近空间中存在着纸面内沿水平方向的匀强电场(图中未画出)和垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线运动。以下说法正确的是 如图所示,一质量为、电荷量为的带正电粒子,以某一速度射入电场强度大小为、方向竖直向上的匀强电场与磁感应强度大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场叠加的区域。粒子还受到阻力作用(为已知常数,为粒子的瞬时速度)。已知粒子在该区域恰做直线运动。不计粒子重力,则该粒子 如图所示,水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带电粒子(重力不计)从点沿水平方向射入到两板之间,恰好沿直线从点射出。电场强度为,磁感应强度为。下列说法正确的是。 质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,加速电压为;Ⅱ为速度选择器,匀强电场的电场强度大小为,方向沿纸面向下,匀强磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里。从点释放初速度为零的带电粒子(不计重力),加速后进入速度选择器做直线运动、再由点进入分离器做圆周运动,最后打到照相底片的点处,运动轨迹如图中虚线所示。 如图所示为由运算芯片和长方体霍尔元件组成的测量磁场的传感器,输出的交变电流经二极管整流后成为恒定电流从霍尔元件的端流入,从端流出。磁感应强度为的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面水平向左,用电压表测得端电压为。已知霍尔元件的载流子为自由电子,单位体积的自由电子数为,电子的电荷量为,霍尔元件沿方向的长度为,下列说法正确的是
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