AP物理2:磁力

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例子问题

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例子问题1:磁力

电荷为的粒子正在移动垂直地通过一个强度为的磁场.作用在粒子上的力的大小是多少?

可能的答案:

没有力作用在这个粒子上

正确答案:

解释

求磁场中运动带电粒子所受力的方程如下:

在这里,是以牛顿为单位的力,是电荷,单位是库仑,速度是,为特斯拉中的磁场强度。

没有叉乘的另一种写法如下:

在这里,是粒子速度和磁场之间的夹角。

对于我们的问题,因为是计算结果为1,所以我们只需要执行乘法。

因此,粒子受到的力为0.3N。

例子问题1:磁力

一个电流为的电线是面向平行于磁场,强度为.导线上的力是多少?

可能的答案:

电线不受任何力的作用

正确答案:

解释

载流导线在磁场中的受力方程为:

是以牛顿为单位的力,是以安培为单位的电流,是特斯拉中的磁场强度,和是从平行于磁场的角度。

因为我们的导线不是完全垂直于磁场,所以它没有受到所有可能的力。相反,它经历了乘以最大的力值。

例子问题1:电与磁

质子在在一个水平平面上通过一个开口进入质谱仪,具有均匀性磁场向上。然后粒子沿圆形路径通过然后撞到光谱仪入口附近的墙上。质子撞到壁上时离入口有多远?

质子的质量是它的电荷是

可能的答案:

正确答案:

解释

Mass_spec_fig

带电粒子在垂直磁场中运动时受到的洛伦兹力等于以下公式:

是电荷,粒子的速度,和是磁场强度。这个力总是垂直于粒子在那一刻的运动方向,因此起到向心力的作用。这个力也由方程给出:

我们可以让这两个方程相等,这样我们就能求出弧的半径。

一旦粒子穿过一个半圆,它从开始位置的横向距离为一个直径(即圆半径的两倍)。

这个值的两倍是它的碰撞点从入口的横向偏移:

例子问题1:磁力

a所受到的力是多少电荷移动在通过强大的磁场从垂直于场?

可能的答案:

电荷上没有合力

正确答案:

解释

为了求电荷所受的力,我们用这个方程:

因为电荷与垂线成一定角度移动,我们需要考虑叉乘。

是与垂线的夹角,也就是.代入已知值并求解。

例子问题1:磁力

一个电荷穿过a速度为的磁场垂直于场的方向。电荷上的力是多少?

可能的答案:

电荷上没有力

正确答案:

解释

电荷在磁场中运动时所受的力的方程是:

因为速度垂直于场,叉乘无关紧要,我们可以做简单的乘法。

因此,电荷上的力是

例子问题2:磁力

一个电荷穿过a速度为的磁场平行于磁场。电荷上的力是多少?

可能的答案:

电荷不受力

正确答案:

解释

电荷在磁场中运动时所受的力的方程是:

叉乘为:

上图中,是电荷运动的平行度。电荷在移动从平行的角度来看,一旦我们代入数字,方程就是

电荷上的力是

示例问题7:磁力

粒子平行于均匀磁场运动。下列哪个陈述是正确的?

可能的答案:

粒子在设置中会受到最大的力

其他的说法都不确定

粒子将围绕磁场中的一点旋转

磁场对粒子没有施加力

这个粒子没有净电荷

正确答案:

磁场对粒子没有施加力

解释

带电粒子在磁场中所受的力为

这意味着当一个电荷粒子垂直于场运动时,由于叉乘,它会受到最大的力(因为等于,等于当它垂直时)。这意味着当带电粒子平行时,由于磁场,它不会受到任何力。我们知道没有力作用在这个粒子上,我们也知道不带电的粒子在磁场中没有力,但是我们不能肯定这个粒子没有净电荷,只知道它平行于磁场运动。

例8:磁力

铁路系统

如上所示,轨道系统在指向页面外的磁场中形成。杆以恒定的速度向右移动时,与轨道保持零摩擦接触由于外力的作用。两轨之间的距离为0.087m。导轨和杆没有电阻,但电阻有0.0055欧姆的电阻。磁场的大小为0.035T。保持棒子匀速运动所需要的外力的大小和方向是多少?

可能的答案:

在左边

由于杆子以匀速运动,所以不需要施加力

在左边

右边

右边

正确答案:

右边

解释

由于磁棒在磁场中运动,它就像电池一样:.因为有一个闭合电路,这就导致了电流流动:

在这个简单的电路中,电流到处都是一样的,所以流过磁棒的电流是一样的。由于电流的存在,杆子受到了一种力:

根据右手定则,磁力是向左的,所以外力一定是向右的。有趣的是,功率在电阻器中耗散:

与外力提供的功率相同:

整个宇宙都在努力保存能量。

例子问题1:磁力

如果一个10C的带电粒子垂直于5T的磁场,速度为,这个带电粒子所受到的力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

这个问题向我们展示了一个场景,一个带电粒子以一定的速度通过磁场。在这种情况下,我们被要求确定这个粒子所受到的力是多少。

为了解决这个问题,我们需要确定这个粒子可能会受到什么样的力。因为我们知道这个粒子在磁场中运动,所以这个粒子受到磁力的影响是有道理的。因此,我们需要用磁力的方程。

而且,因为题目告诉我们这个粒子垂直于磁场运动,我们知道因此.这有助于简化方程。

现在,我们要做的就是代入给定的值来计算合力。

例子问题1:磁力

一个带电粒子Q,以速度v沿着磁场B运动,粒子受到的力的大小是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

带电粒子只有在其速度的某个分量垂直于磁场时才会受到磁力。这里,速度平行于磁场,所以粒子没有受到力。

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