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

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$\dfrac{1}{8}$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$O$点沿平行与垂直地面两个不同方向入射的$\rm a$$\rm b$$\rm c$三种比荷相同的带电粒子(不计重力)在地磁场中的三条运动轨迹,其中$\rm a$$\rm c$粒子入射速度大小分别为$v_{\rm a}$$v_{\rm c}$,方向与地面平行,$\rm b$粒子入射速度方向与地面垂直,且它们都恰不能到达地面。则下列相关说法中正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

三个粒子在磁场中圆周运动的周期$T_{\\rm c}\\gt T_{\\rm b}\\gt T_{\\rm a}$

","

$\\rm a$粒子带负电,$\\rm b$$\\rm c$粒子带正电

","

$v_{\\rm a}:v_{\\rm c}=1:17$

","

$v_{\\rm a}:v_{\\rm c}=1:16$

"]
[["C"]]

$\rm A$.根据洛伦兹力为其做圆周运动提供向心力及周期公式$Bqv=m\dfrac{{{v}^{2}}}{r}$$T=\dfrac{2\pi r}{v}$

解得$T=\dfrac{2\pi m}{Bq}$,三种粒子的比荷相同,故周期相同,$\rm A$错误;

$\rm B$.根据左手定则可知,$a$$c$粒子带负电,$b$粒子带正电,$\rm B$错误;

$\rm CD$.根据洛伦兹力提供向心力$Bqv=m\dfrac{{{v}^{2}}}{r}$解得$v=\dfrac{Bqr}{m}$

设地球半径为$R$,则$2{{r}_{a}}=\dfrac{1}{8}R$$2{{r}_{c}}=\dfrac{1}{8}R+2R$所以${{v}_{a}}:{{v}_{c}}={{r}_{a}}:{{r}_{c}}=1:17$$\rm C$正确,$\rm D$错误。

故选$\rm C$

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如图,在平面第一、四象限内存在垂直平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为,一带正电的粒子从点射入磁场,速度方向与轴正方向夹角,从点射出磁场。已知粒子的电荷量为,质量为,忽略粒子重力及磁场边缘效应。 北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分,它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。 如图,在竖直平面内的直角坐标系中,轴上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为。在第二象限内,垂直纸面且平行于轴放置足够长的探测薄板,到轴的距离为,上、下表面均能接收粒子。位于原点的粒子源,沿平面向轴上方各个方向均匀发射相同的带正电粒子。已知粒子所带电荷量为、质量为、速度大小均为。不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用,则 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
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