磁场、磁感应强度、安培力、洛伦兹力

1、1.1.(2009(2009海南海南2)2)一根容易形变的弹性导线一根容易形变的弹性导线, ,两端固两端固定定, ,导线中通有电流导线中通有电流, ,方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示. .当没有磁当没有磁场时场时, ,导线呈直线状态导线呈直线状态; ;当分别加上方向竖直向上、当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时, ,描述导线描述导线状态的四个图示中正确的是状态的四个图示中正确的是( () )解析解析 本题考查通电导体在磁场中所受安培力本题考查通电导体在磁场中所受安培力的方向的方向, ,意在考查学生对左手定则的理解和应用意在考查学生

2、对左手定则的理解和应用; ;用左手定则可判断出用左手定则可判断出A A中导线所受安培力为零中导线所受安培力为零,B,B中导线所受安培力垂直纸面向里中导线所受安培力垂直纸面向里,C,C、D D中所受安中所受安培力向右培力向右, ,故导线受力以后的弯曲方向应与受力故导线受力以后的弯曲方向应与受力方向一致方向一致,D,D正确正确. . 答案答案 D2.2.(2009(2009全国全国17)17)如如图图1 1所示所示, ,一段导线一段导线abcdabcd位于磁感应强度大小为位于磁感应强度大小为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,且与磁且与磁场方向场方向( (垂直于纸面向里垂直于纸面向里) )垂直垂直

3、. .线段线段abab、bcbc和和cdcd的长度均为的长度均为L L, ,且且abcabc=bcdbcd=135=135. .流经导线流经导线的电流为的电流为I I, ,方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示. .导线段导线段abcdabcd所所受到的磁场的作用力的合力受到的磁场的作用力的合力 ( ( ) )A.A.方向沿纸面向上方向沿纸面向上, ,大小为大小为( +1)( +1)ILBILBB.B.方向沿纸面向上方向沿纸面向上, ,大小为大小为( -1)( -1)ILBILBC.C.方向沿纸面向下方向沿纸面向下, ,大小为大小为( +1)( +1)ILBILBD.D.方向沿纸面向下方向沿纸面

4、向下, ,大小为大小为( -1)( -1)ILBILB图图1 12222解析解析 本题考查磁场对通电直导线的作用、安本题考查磁场对通电直导线的作用、安培力、左手定则和力的合成与分解等知识点培力、左手定则和力的合成与分解等知识点, ,意意在考查学生通过力的合成运动将通电弯曲导线在考查学生通过力的合成运动将通电弯曲导线受力问题转化为直导线受力问题的能力受力问题转化为直导线受力问题的能力. .将导线将导线分为三段直导线分为三段直导线, ,根据左手定则分别判断出安培根据左手定则分别判断出安培力的大小力的大小, ,根据根据F F= =BILBIL计算出安培力的大小计算出安培力的大小, ,再求再求合力合力

5、. .导线所受合力导线所受合力F F= =BILBIL+2+2BILBILsin 45sin 45=( =( +1)+1) ILBILB. .答案答案 A23.3.(2009(2009安徽理综安徽理综19)19)图图2 2是科学史上一张著名是科学史上一张著名的实验照片的实验照片, ,显示一个带电粒子在云室中穿过某显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹种金属板运动的径迹. .云室放置在匀强磁场中云室放置在匀强磁场中, ,磁场方向垂直照片向里磁场方向垂直照片向里. .云室中横放的金属板对云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用粒子的运动起阻碍作用. .分析此径迹可知粒子分析此径迹可知粒子

6、( () )图图2 2A.A.带正电带正电, ,由下往上运动由下往上运动B.B.带正电带正电, ,由上往下运动由上往下运动C.C.带负电带负电, ,由上往下运动由上往下运动D.D.带负电带负电, ,由下往上运动由下往上运动解析解析 本题考查的是洛伦兹力的有关知识本题考查的是洛伦兹力的有关知识, ,意在考意在考查学生对洛伦兹力的方向判定和如何计算带电粒查学生对洛伦兹力的方向判定和如何计算带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径这一综合问题子在匀强磁场中做圆周运动的半径这一综合问题的理解和应用能力的理解和应用能力; ;由图可以看出由图可以看出, ,上方的轨迹半上方的轨迹半径小径小, ,说明粒子的速度小

7、说明粒子的速度小, ,所以粒子是从下方往上所以粒子是从下方往上方运动方运动; ;再根据左手定则再根据左手定则, ,可以判定粒子带正电可以判定粒子带正电, ,故故选选A.A.答案答案 A4.4.(2008(2008广东广东9)9)带电粒子进入云室带电粒子进入云室会使云室中的气体电离会使云室中的气体电离, ,从而显示其从而显示其运动轨迹运动轨迹, ,图图3 3是在有匀强磁场的云是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹室中观察到的粒子的轨迹, ,a a和和b b是轨是轨迹上的两点迹上的两点, ,匀强磁场匀强磁场B B垂直纸面向垂直纸面向里里. .该粒子在运动时该粒子在运动时, ,其质量和电量不变其质

8、量和电量不变, ,而动能而动能逐渐减少逐渐减少. .下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.粒子先经过粒子先经过a a点点, ,再经过再经过b b点点B.B.粒子先经过粒子先经过b b点点, ,再经过再经过a a点点C.C.粒子带负电粒子带负电D.D.粒子带正电粒子带正电图图3 3解析解析 动能逐渐减小即速度动能逐渐减小即速度v v逐渐减小逐渐减小, ,由由R R= =知知, ,R R逐渐减小逐渐减小, ,从图中知从图中知R Ra a R Rb b, ,所以粒子运动方所以粒子运动方向从向从a a向向b b, ,即即A A正确正确,B,B错误错误. .由洛伦兹力的判断方由洛伦兹力的判

9、断方法可得粒子带负电法可得粒子带负电, ,所以所以C C正确正确,D,D错误错误. .答案答案 ACqBmv5.5.(2008(2008宁夏宁夏14)14)在等边三角形的三个顶点在等边三角形的三个顶点a a、b b、c c处处, ,各有一条长直导线垂直穿过纸面各有一条长直导线垂直穿过纸面, ,导线导线中通有大小相等的恒定电流中通有大小相等的恒定电流, ,方向如图方向如图4 4所示所示. .过过c c点的导线所受安培力的方向点的导线所受安培力的方向( () )图图4 4A.A.与与abab边平行边平行, ,竖直向上竖直向上B.B.与与abab边平行边平行, ,竖直向下竖直向下C.C.与与abab

10、边垂直边垂直, ,指向左边指向左边D.D.与与abab边垂直边垂直, ,指向右边指向右边解析解析 由安培定则可判断导线由安培定则可判断导线a a、b b产生的磁场在产生的磁场在导线导线c c处的磁感应强度方向的合方向是竖直向下处的磁感应强度方向的合方向是竖直向下, ,再由左手定则可判得导线再由左手定则可判得导线c c受的安培力方向为向左受的安培力方向为向左并与并与abab边垂直边垂直, ,所以所以C C正确正确,A,A、B B、D D错误错误. .答案答案 C6.6.（20092009广东广东1212）图图5 5是质谱仪的工作原理示是质谱仪的工作原理示意图意图. .带电粒子被加速电场带电粒子被

11、加速电场加速后加速后, ,进入速度选择器进入速度选择器. .速度选择器内相互正交的速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强匀强磁场和匀强电场的强度分别为度分别为B B和和E E. .平板平板S S上有上有可让粒子通过的狭缝可让粒子通过的狭缝P P和记和记录粒子位置的胶片录粒子位置的胶片A A1 1A A2 2. .平平板板S S下方有强度为下方有强度为B B0 0的匀强磁场的匀强磁场. .下列表述正确下列表述正确的是的是( )( )A.A.质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B.B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C.C.能通过的狭缝

12、能通过的狭缝P P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E E/ /B BD.D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P P, ,粒子的粒子的 比荷越小比荷越小图图5解析解析 粒子在题图中的电场中加速粒子在题图中的电场中加速, ,说明粒子带正说明粒子带正电电. .其通过速度选择器时其通过速度选择器时, ,电场力与洛伦兹力平衡电场力与洛伦兹力平衡, ,则洛伦兹力方向应水平向左则洛伦兹力方向应水平向左, ,由左手定则知由左手定则知, ,磁场磁场的方向应垂直纸面向外的方向应垂直纸面向外, ,选项选项B B正确正确; ;由由EqEq= =BqBqv v可可知知, ,v v=

13、=E E/ /B B, ,选项选项C C正确正确; ;粒子打在胶片上的位置到狭粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即其做匀速圆周运动的直径缝的距离即其做匀速圆周运动的直径D D= ,= ,可见可见D D越小越小, ,则粒子的比荷越大则粒子的比荷越大, ,D D不同不同, ,则粒子的则粒子的比荷不同比荷不同, ,因此利用该装置可以分析同位素因此利用该装置可以分析同位素. .答案答案 ABCBqmv27.7.如图如图6 6所示的天平可用于测定磁感应强度所示的天平可用于测定磁感应强度, ,天平天平的右臂下面挂有一个不计重力的矩形线圈的右臂下面挂有一个不计重力的矩形线圈, ,宽度宽度为为L L, ,共共N

14、 N匝匝, ,线圈下端悬在匀强磁场中线圈下端悬在匀强磁场中, ,磁场方磁场方向垂直纸面向垂直纸面. .当线圈中通有方向如图所示的电流当线圈中通有方向如图所示的电流I I时时, ,在天平左右两边加上质量各为在天平左右两边加上质量各为m m1 1、m m2 2的的砝码砝码, ,天平平衡天平平衡, ,当电当电流反向流反向( (大小不变大小不变) )时时, ,右边再加上质量为右边再加上质量为m m的砝码后的砝码后, ,天平重新天平重新平衡平衡, ,由此可知由此可知( ( ) )图图6 6A.A.磁感应强度的方向垂直于纸面向里磁感应强度的方向垂直于纸面向里, ,大小为大小为B.B.磁感应强度的方向垂直于

15、纸面向里磁感应强度的方向垂直于纸面向里, ,大小为大小为C.C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外磁感应强度的方向垂直于纸面向外, ,大小为大小为D.D.磁感应强度的方向垂直于纸面向外磁感应强度的方向垂直于纸面向外, ,大小为大小为解析解析 由于当电流反向时由于当电流反向时, ,右边需要加砝码右边需要加砝码, ,可判可判定电流反向后定电流反向后, ,安培力方向向上安培力方向向上, ,因此在图示电流因此在图示电流时安培力方向向下时安培力方向向下, ,此时此时m m1 1g g= =m m2 2g g+ +NBILNBIL, ,电流反向电流反向后后m m1 1g g=(=(m m2 2+ +m m)

16、)g g- -NBILNBIL. .由以上两式可解得由以上两式可解得mgmg= =2 2NBILNBIL, ,则则B B= = , ,由左手定则可判定磁感应强度由左手定则可判定磁感应强度的方向垂直于纸面向里的方向垂直于纸面向里. .答案答案 ABNILgmm)(21NILmg2NILgmm)(21NILmg2NILmg28.8.将一小段通电直导线垂直于磁场放入某磁场中将一小段通电直导线垂直于磁场放入某磁场中, ,导线会受到一定大小的磁场力作用导线会受到一定大小的磁场力作用; ;若保持直导若保持直导线长度和其中的电流不变线长度和其中的电流不变, ,将它垂直放入另一较将它垂直放入另一较强的磁场强的

17、磁场, ,发现导线所受的磁场力会变大发现导线所受的磁场力会变大. .由此由此可知可知( )( )A.A.磁场的磁感应强度由导线所受的磁场力决定磁场的磁感应强度由导线所受的磁场力决定B.B.磁场的磁感应强度随导线所受的磁场力的增磁场的磁感应强度随导线所受的磁场力的增 大而增大大而增大C.C.磁场的磁感应强度由磁场本身决定磁场的磁感应强度由磁场本身决定D.D.在任何情况下在任何情况下, ,通电导线所受磁场力的大小都通电导线所受磁场力的大小都 能反映磁场的强弱能反映磁场的强弱解析解析 磁感应强度是描述磁场强弱的物理量磁感应强度是描述磁场强弱的物理量, ,由由磁场本身决定磁场本身决定, ,与通电导线的

18、长度、电流的大小、与通电导线的长度、电流的大小、所受磁场力的大小无关所受磁场力的大小无关, ,故故A A、B B错错,C,C正确正确; ;当通当通电导线平行磁场放置时电导线平行磁场放置时, ,所受磁场力为零所受磁场力为零, ,故故D D错错. .答案答案 C9.9.如图如图7 7是某离子速度选择器的示是某离子速度选择器的示意图意图, ,在一半径为在一半径为R R=10 cm=10 cm的圆的圆柱形桶内有柱形桶内有B B=10=10-4-4 T T的匀强磁的匀强磁场场, ,方向平行于轴线方向平行于轴线, ,在圆柱桶在圆柱桶某一直径的两端开有小孔某一直径的两端开有小孔, ,作为作为入射孔和出射孔入

19、射孔和出射孔. .离子束以不同角度入射离子束以不同角度入射, ,最后最后有不同速度的离子束射出有不同速度的离子束射出. .现有一离子源发射比现有一离子源发射比荷为荷为=2=210101111 C/kg C/kg的阳离子的阳离子, ,粒子束速度分粒子束速度分布连续布连续. .当角当角=45=45, ,出射离子速度出射离子速度v v的大小是的大小是 ( )( )A. A. 10106 6 m/s m/sB.2 B.2 10106 6 m/s m/sC.2 C.2 10108 8 m/s m/sD.4 D.4 10106 6 m/s m/s图图7 72222解析解析 由题意由题意, ,离子从入射孔以

20、离子从入射孔以4545角射入匀强角射入匀强磁场磁场, ,离子在匀强磁场中做匀速圆周运动离子在匀强磁场中做匀速圆周运动. .能够能够从出射孔射出的离子刚好在磁场中运动从出射孔射出的离子刚好在磁场中运动 周期周期, ,由几何关系可知离子运动的轨道半径由几何关系可知离子运动的轨道半径r r= = R R, ,又又r r= ,= ,v v= = =BrBr=2 =2 10106 6 m/s. m/s.出射离子出射离子的速度大小为的速度大小为2 2 10106 6 m/s, m/s,结论结论B B正确正确. .答案答案 B22241qBmvmqBr10.10.(2009(2009全国全国26)26)如图

21、如图8 8所示所示, ,在在x x轴下方有轴下方有匀强磁场匀强磁场, ,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B B, ,方向垂直于方向垂直于xOyxOy平面向外平面向外. .P P是是y y轴上距原点为轴上距原点为h h的一点的一点, ,N N0 0为为x x轴轴上距原点为上距原点为a a的一点的一点. .A A是一块平行于是一块平行于x x轴的挡板轴的挡板, ,与与x x轴的距离为轴的距离为 , ,A A的中点在的中点在y y轴上轴上, ,长度略小长度略小于于 . .带电粒子与挡板碰撞前后带电粒子与挡板碰撞前后, ,x x方向的分速度方向的分速度不变不变, ,y y方向的分速度反向、大小不变方向

22、的分速度反向、大小不变. .质量为质量为m m, ,电荷量为电荷量为q q( (q q0)0)的粒子从的粒子从P P点瞄准点瞄准N N0 0点入射点入射, ,最最后又通过后又通过P P点点. .不计重力不计重力. .求粒子入射速度的所有求粒子入射速度的所有可能值可能值. .2h2a图图8 8解析解析 设粒子的入射速度为设粒子的入射速度为v v, ,第一次射出的点为第一次射出的点为N N0 0,与板碰撞后再次进入磁场的位置为与板碰撞后再次进入磁场的位置为N N1 1. .粒子在粒子在磁场中运动的半径为磁场中运动的半径为R R, ,根据圆周运动和牛顿第二根据圆周运动和牛顿第二定律有定律有q qv vB B= =粒子速率不变粒子速率不变, ,每次进入磁场与射出磁场位置间距每次进入磁场与射出磁场位置间距离离x x1 1保持不变保持不变, ,由图示几何关系由图示几何关系, ,有有Rm2vx x1 1= =N N0 0N N0 0=2=2R Rsinsin粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x x2 2始始终不变终不变, ,与与N N0 0N N1 1相等相等. .由图可看出由图可看出x x2 2= =a a设粒子最终离开磁场时设粒子最终离开磁场时, ,与挡板相碰与挡板相碰n