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1、磁场对电流和运动电荷的作用 (2011 年 11 月 22 日)班级_姓名_分数_(时间:90 分钟,总分:100 分)一、选择题（本题共 12 小题，每小题 4 分，共 48 分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分）1.下列天体周围都有磁场，其中指南针不能在其上工作的是（ ）A.地球 B.太阳 C.月亮 D.火星2.软铁棒放在永磁体的旁边能被磁化，这是由于（ ）A.在永磁体磁场作用下，软铁棒中形成了分子电流B.在永磁体磁场作用下，软铁棒中的分子电流消失了C.在永磁体磁场作用下，软铁棒中
2、分子电流的取向 变得大致相同D.在永磁体磁场作用下，软铁棒中分子电流的取向变得更加杂乱无章3.来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将（ ）A.竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地点向东偏转C.相对于预定点稍向西偏转 D.相对于预定点稍向北偏转4.某地地磁场的磁感应强度大约是 4.010-5 T，一根长为 500 m 的电线，电流为 10 A，该导线可能受到的磁场力为（ ）A.0 B.0.1 N C.0.3 N D.0.4 N5.磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是（ ）A.使磁场成圆柱形，以便框转动B.使
3、线圈平面在水平位置与磁感线平行C.使线圈平面始终与磁感线平行D.为了使磁场分布规则6.直导线 ab 长为 L，水平放置在匀强磁场中，磁场方向如图 6-6，磁感应强度为 B，导线中通有恒定电流，电流为 I，则 （ ）图 6-6A.导线所受安培力大小为 BILB.若电流方向由 b 向 a，则安培力方向竖直向上C.若使导线在纸面内转过 角，则安培力大小变成 BILsinD.若使导线在纸面内转过 角，则安培力大小变为 BILcos7.如图 6-7 所示，矩形线圈 abcd 放置在水平面内，磁场方向与水平面成 角，已知 sin，线圈面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B，则通过线圈的磁通量为（ ）图 6
4、-7A.BS B. C. D.8.如图 6-8 所示，一金属直杆 MN 两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN 与线圈轴线均处于竖直平面内，为使 MN 垂直于纸面向外运动，可以（ ）图 6-8A.将 a、c 端接在电源正极，b、d 端接在电源负极B.将 b、d 端接在电源正极， a、c 端接在电源负极C.将 a、d 端接在电源正极， b、c 端接在电源负极D.将 a、c 端接在交流电源的一端，b、d 端接在交流电源的另一端9.如图 6-9 所示，空间有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为 m1 kg 的带正电的绝缘小滑块，开始静止在绝缘粗糙的斜面底端.从某时刻滑块突然受到一个沿斜面向上的冲量I10 N
5、s，滑块沿斜面先向上后向下运动，当滑块滑到离地面 1 m 高处时，滑块速度大小为 4 m/s.关于滑块在整个运动中所受的洛伦兹力方向，下列说法正确的是（ ）图 6-9A.一直垂直斜面向上B.一直垂直斜面向下C.先垂直斜面向上后垂直斜面向下D.先垂直斜面向下后垂直斜面向上10.如图 6-10 所示，在匀强磁场中有一带电粒子做匀速圆周运动，当它运动到 M 点，突然与一不带电的静止粒子碰撞合为一体，碰撞后的运动轨迹应是图 6-10 中的哪一个( 实线为原轨迹，虚线为碰后轨迹)（ ）图 6-1011.如图 6-11 所示，两个完全相同的圆形线圈能在一个光滑的圆柱上自由移动，设大小不同、方向相同的电流
6、I1、I 2 分别按图示方向通入圆形线圈，则两个线圈的运动情况（ ）图 6-11A.都绕圆柱转动B.彼此相向运动，具有大小相等的加速度C.彼此相向运动，电流较大的加速度较大D.彼此背向运动，电流较大的加速度较大12.如图 6-12 所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的 a 点自由滑下，经过轨道端点 P 进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使小球从稍低些的 b 点开始自由滑下，在经 P 点进入板间的运动过程中不可能的是（ ）图 6-12A.其动能将会增大 B.其电势能将会增大C.小球所受的洛伦兹力将会增大D.小球所受的电场力将会增大二、填空
7、题（本题共有 4 小题，每题 6 分，共 24 分）13.一个质子和一个粒子同时射入同一匀强磁场中，射入方向和磁场垂直，则：如果两者以相同的速度进入磁场中，则其圆运动的轨道半径之比是_；如果两者以相同的动量进入磁场中，则其圆运动的轨道半径之比是_；如果两者以相同的动能进入磁场中，则其圆运动的轨道半径之比是_.14.如图 6-13 所示是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为 B，两板间距离为 d，要使输出电压为 U，则等离子的速度为 _，a 是电源的_极.图 6-1315.一个带电微粒在如图 6-14 所示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动.则该带电微粒必然带_，旋转方向为_.若
8、已知圆半径为 r，电场强度为 E，磁感应强度为 B，则线速度为_.图 6-1416.1998 年升空的 磁谱仪探索太空中存在的反物质和暗物质，利用质谱仪可测定太空中粒子的比荷.如图 6-15 所示，当太空中的某一粒子从 O 点垂直进入磁感应强度 B=10 T 的匀强磁场后，沿半圆周运动到达 P 点，测得 OP 距离为 10 cm，从 P 点离开磁场到 Q 点，电子计时器记录数据为 10-8 s，已知 PQ 间距离为 50 cm，则该粒子的比荷为_，它可能是_(填“电子”“正电子”“ 质子 ”或“反质子”).图 6-15三、计算题（共 28 分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，
9、只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）17.如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为 0.2T，一根质量为 0.6kg，有效长度为 2m 的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为 5A 时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流突然增大为 8A 时，求金属棒能获得的加速度的大小。18在倾角为 的光滑斜轨上，置有一通有电流 I，长为 L，质量为 m 的导体棒，如图所示：（1）欲使棒静止在斜轨上，所加匀强磁场的磁感强度 B 的最小值为多少？方向如何？（2）欲使棒静止在斜轨上，且对斜轨无压力，所加匀强磁场 B 的大小是多少？方向
10、如何？19.（12 分）如图 6-18 所示，质量 m1.010 -4 kg 的小球放在绝缘的水平面上，小球带电荷量 q2.010 -4 C，小球与水平面间的动摩擦因数 0.2，外加水平向右的匀强电场 E=5 V/m，垂直纸面向外的匀强磁场 B2 T，小球从静止开始运动.(1)小球具有最大加速度的值为多少？(2)小球的最大速度为多少?(g 取 10 m/s2)图 6-18参考答案1 解析：选项的四个天体之中只有火星没有全球性的磁场，因此指南针不能在其上工作.答案：D2 解析：安培提出的分子电流假说认为，磁性物质微粒中本来就存在分子电流，这些分子电流的取向本来是杂乱无章的，对外不显示磁性，当它处
11、在外磁场中时，分子电流的磁极在外磁场的作用下，沿磁场方向做有序排列，这就是所谓的磁化.只有选项 C 是正确的.答案：C3 解析：地球表面地磁场方向由南向北，电子带负电.根据左手定则可判定，电子自赤道上空竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向西.答案：C4 解析：当电流垂直于磁场时，电线所受的安培力最大，为 FmaxBIL0.2 N，因此导线可能受到的磁场力大小是 0 至 0.2 N 之间的值.答案：AB5 解析：磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是使线圈平面始终与磁感线平行.答案：C6 答案：A7 解析：因为 =BSsin，所以正确选项为 B.答案：B8 解析：这是直线电流
12、在螺线管产生的磁场中的问题，利用右手螺旋定则判断磁场，利用左手定则判断受力方向.将 a 接正、b 接负，电流方向为 MN.c 接正、d 接负极，由右手螺旋定则可知，线圈上端为 N 极.由左手定则可知 MN 向外运动，A 正确.b 接正极时，电流方向为 NM，d 接正极时线圈下端为 N 极，由此可判断 MN 向外运动，B 正确.a 接正极时，电流方向为 MN，d 接正极时，线圈下端为 N 极，可判断 MN 向里运动，C 错误.MN中与线圈中虽然通以交流电，但由于 ab 与 cd 是并联在电源上，当电流为 MN 时，线圈中电流为 cd，而当电流为 NM 时，线圈中电流为 dc，由以上判断 A、B
13、的方法可知D 正确.答案：ABD9 解析：本题以带电绝缘滑块在磁场中运动为知识背景，通过与力学知识的综合，考查分析和推理能力以及对知识的综合应用能力.滑块受到一斜向上的冲量后，沿斜面向上运动，根据左手定则，受到垂直斜面向下的洛伦兹力.滑块返回过程中受洛伦兹力方向也相反.答案：D10 解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式为：r= ，带电粒子到 M点与一不带电的静止粒子碰撞合为一体，动量不改变，碰撞后的运动轨迹圆的半径也不改变，因此选项 A 正确.答案：A11 解析：使用等效分析法，两个环形电流相当于两个磁极相反的小磁针，相互排斥；由牛顿第三定律可知，它们之间的作用力等大、反向，因此
14、加速度大小相等、方向相反，故选B.答案：B12 解析：由题意可知，小球带正电，小球从稍低些的 b 点开始自由滑下，在经 P 点进入板间的运动的初速度变小了，初始洛伦兹力也变小了.但是在复合场中运动时，偏离直线向下运动，电场力做负功，重力做正功，速度增加，动能增加，洛伦兹力也增加，选项A、B、C 是正确的 .电场力与运动电荷的速度无关，大小计算式为：FqE，所以电场力大小不变，选项 D 符合题意.答案：D13 解析：因为 qvBm ，所以当速度相同时， r 质 r 12；当动量相同时，r 质 r 21；当动能相等时，qvBm ，得 r ，又由 Ek mv2，可得：r ，r 质 r .答案：12
15、21 1114 解析：最后等离子体匀速通过电磁场，所以有 qvB=q ，所以 v= .由左手定则可知a 是电源的正极.答案： 正15 解析：因为必须有电场力与重力平衡，所以必为负电；由左手定则得逆时针转动；再由关系式 mg=qE 和 r= 得 v= .答案：负电 逆时针 16 解析：以带电粒子在匀强磁场中的运动为知识背景.由左手定则知该粒子带负电v= m据 r= 得C/kg质子的比荷 ，故该粒子为反质子.答案：10 8 C/kg 反质子17当金属棒中的电流为 5A 时，金属棒做匀速运动，F=BI 1L=f当金属棒中的电流为 8A 时，金属棒能获得的加速度为 aBI 2L-f=ma由以上解得 a=2 m/s218、（1） sin；垂直斜面向上；（2） ；垂直纸面向外19 解析：小球受到的电场力 F 电 水平向右，洛伦兹力 F 洛 竖直向下，滑动摩擦力 F 滑 水平向左.当刚开始运动时，速度为零，洛伦兹力为零，滑动摩擦力最小，合外力最大，小球具有的加速度最大，ma maxqE- mg，所以 amax8 m/s 2.当速度增大时，洛伦兹力增大，滑动摩擦力增大，合外力减小，加速度减小，速度增加，当电场力等于滑动摩擦力时，加速度为零，达到最大速度 v max.则有：(mg+qv maxB)qE，所以：v max10 m/s.答案：(1)8 m/s 2 (2)10 m
