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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