磁场对电流和运动电荷的作用

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4.0×10-5T，一根长为500m的电线，电流为10A，该导线可能受到的磁场力为（）A.0B.0.1NC.0.3ND.0.4N5.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α角，则安培力大小变成BILsinαD.若使导线在纸面内转过α角，则安培力大小变为BILcosα7.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α角，已知sinα＝，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6-7A.BSB.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m＝1kg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I＝10N·s，滑块沿斜面先向上后向下运动，当滑块滑到离地面1m高处时，滑块速度大小为4m/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I1、I2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、填空题（本题共有4小题，每题6分，共24分）13.一个质子和一个α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α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=10T的匀强磁场后，沿半圆周运动到达P点，测得OP距离为10cm，从P点离开磁场到Q点，电子计时器记录数据为10-8s，已知PQ间距离为50cm，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，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α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？方向如何？19.（12分）如图6-18所示，质量m＝1.0×10-4kg的小球放在绝缘的水平面上，小球带电荷量q＝2.0×10-4C，小球与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，外加水平向右的匀强电场E=5V/m，垂直纸面向外的匀强磁场B＝2T，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10m/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Fmax＝BIL＝0.2N，因此导线可能受到的磁场力大小是0至0.2N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Φ=BSsinα，所以正确选项为B.答案：B8解析：这是直线电流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M→N.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N→M，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M→N，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M→N时，线圈中电流为c→d，而当电流为N→M时，线圈中电流为d→c，由以上判断A、B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：F＝qE，所以电场力大小不变，选项D符合题意.答案：D13解析：因为qvB＝m，所以当速度相同时，r质∶rα＝＝1∶2；当动量相同时，r质∶rα＝＝2∶1；当动能相等时，qvB＝m，得r＝，又由Ek＝mv2，可得：r＝，r质∶rα＝.答案：1∶22∶11∶114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：108C/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=BI1L=f．当金属棒中的电流为8A时，金属棒能获得的加速度为a．BI2L-f=ma．由以上解得a=2m/s2．18、（1）sinа；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，mamax＝qE-μmg，所以amax＝8m/s2.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vmax.则有：μ(mg+qvmaxB)＝qE，所以：vmax＝10m/s.答案：(1)8m/s2(2)10m/s磁现象磁场1．下列叙述正确的是：（）A．电荷在电场中某点，若不受电场力的作用，该点的电场强度一定为零。B．一小段通电导线在磁场中某点，若不受磁场力的作用，该点的磁感强度一定为零。C．把一检验电荷放在电场中某点，电场对电荷的电场力F与电荷电量q的比值，叫做该点的电场强度。D．把一小段通电导线放在磁场中某点，磁场对导线的磁场力F与导线长度L和电流强度I乘积的比值，叫做该点的磁感强度。2．如图所示，同一平面内有两根互相平行的长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线的中间，与两导线的距离均为r，b点在导线2右侧，与导线2的距离也为r。现测得a点磁感应强度的大小为B，则去掉导线1后，b点的磁感应强度大小为__________，方向___________。3．匀强磁场的磁感线垂直于线圈平面，磁场的磁感应强度为B，线圈的面积为S，这时穿过线圈的磁通量为________；线圈绕其对称轴转过90°时穿过线圈的磁通量为________。线圈从最初的位置