江苏省苏州实验中学2018-2019年高二上物理选修3-1磁场测试卷(解析版)

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江苏省苏州实验中学2018-2019年高二上物理选修3-1磁场测试卷(解析版) 1 / 22
2018-2019苏州实验中学高二物理选修3-1磁场测试卷
时间90分钟 100分
题号
一 二 三 四 总分 得分
一、单选题(本大题共7小题,共21.0分)
1. 现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子,其示
意图如图所示,其中加速电压恒定。

质子在入口处
从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从
出口离开磁场。

若某种一价正离子在入口处从静止
开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转
后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到
原来的12倍。

此离子和质子的质量比约为( ) A. 11 B. 12 C. 121 D. 144
2. 如图所示,半径为R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁
场;重力不计、电荷量一定的带电粒子以速度v 正对着圆心O
射入磁场,若粒子射入、射出磁场点间的距离为R ,则粒子在
磁场中的运动时间为( )
A. 2√
3πR 3v B. 2πR 3v C. πR 3v D. 2√
3πR 9v
3. 如图,一束电子沿z 轴正向流动,则在图中y 轴上A 点的
磁场方向是( )
A. +x 方向
B. −x 方向
C. +y 方向
D. −y 方向
4.如图所示,空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里
的匀强磁场,电场和磁场区域中,有一个固定在竖直平面
内的光滑绝缘圆环,环上套有一个带正电的小球,O点圆
环的圆心,a、b、c为圆环上的三个点,a点为最高点,c
点为最低点,bO沿水平方向,已知小球所受电场力与重力
大小相等,现将小球从环的顶端a点由静止释放,下列判断正确的是()
A. 当小球运动到b点时,小球受到的洛伦兹力最大
B. 当小球运动到c点时,小球受到的支持力一定大于重力
C. 小球从b点运动到c点,电势能增大,动能先增大后减小
D. 小球从a点运动到b点,重力势能减小,电势能增大
5.下列关于电场和磁场的说法正确的是()
A. 电场强度和磁感应强度都是由场本身决定的,但电势的高低不是由电场本身决
定的,它与零电势的选取有关
B. 电场中某点的电势高,则试探电荷在该点的电势能一定大;磁场中某点磁感应
强度大,则电流元在该处受的安培力一定大
C. 电场对处于其中的静止电荷一定有力的作用,而磁场对处于其中的运动电荷一
定有力的作用
D. 电场强度和磁感应强度都是矢量,方向可分别由试探电荷和电流元(或磁极)来
确定
6.如图所示,水平直导线中通有恒定电流I,导线正下方处
有一电子初速度v0,其方向与电流方向相同,以后电子将
()
A. 沿路径a运动,曲率半径变小
B. 沿路径a运动,曲率半径变大
C. 沿路径b运动,曲率半径变小
D. 沿路径b运动,曲率半径变大
7.中国科学家发现了量子反常霍尔效应,杨振宁称这一发
现是诺贝尔奖级的成果.如图所示,厚度为h,宽度为
d的金属导体,当磁场方向与电流方向垂直时,在导体
上下表面会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.下列
说法正确的是()
A. 上表面的电势高于下表面电势
B. 仅增大h时,上下表面的电势差增大
C. 仅增大d时,上下表面的电势差减小
D. 仅增大电流I时,上下表面的电势差减小
二、多选题(本大题共4小题,共16.0分)
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8. 如图是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子
被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选
择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场,磁
感应强度为B ,电场强度为E.粒子沿直线穿
过速度选择器后通过平板S 上的狭缝P ,之
后到达记录粒子位置的胶片A 1A 2.板S 下方有
磁感应强度为B 0的匀强磁场.下列说法正确
的是()
A. 粒子在速度选择器中一定做匀速运动
B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
C. 能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于B
E
D. 比荷(q m )越大的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P
9. 一个带电微粒在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中的竖
直平面内做匀速圆周运动,重力不可忽略,已知轨迹圆的半径
为r ,电场强度的大小为E ,磁感应强度的大小为B ,重力加
速度为g ,则( )
A. 该微粒带正电
B. 带电微粒沿逆时针旋转
C. 带电微粒沿顺时针旋转
D. 微粒做圆周运动的速度为
gBr E
10. 如图所示,两个半径相同的半圆形光滑轨道分别竖直放在匀强磁场和匀强电场中,
轨道两端在同一高度上.两个相同的带正电小球(可视为质点)同时分别从轨道的左端最高点由静止释放,M 、N 分别为两轨道的最低点,则( )
A. 两小球到达轨道最低点的速度v M >v N
B. 两小球到达轨道最低点时对轨道的压力N M >N N
C. 两小球第一次到达最低点的时间相同
D. 两小球都能到达轨道的另一端
11.如图所示为一个质量为m、电荷量为+q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细
杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v,在以后的运动过程中,圆环运动的速度图象可能是图中的()
A. B. C. D.
12.带电小球以一定的初速度V0竖直向上抛出,能够达到的最大高度为h1;若加上水平方向的匀强磁场,且保持初速度仍为V0,小球上升的最大高度为h2;若加上水平方向的匀强电场,且保持初速度仍为V0,小球上升的最大高度为h3,如图所示.不计空气,则()
A. ℎ1=ℎ2
B. ℎ1>ℎ2
C. ℎ1=ℎ3
D. ℎ3>ℎ2
三、实验题(本大题共2小题,共18.0分)
13.磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用,此现象可通过以下实验证明:
(1)如图(a)所示,在重复奥斯特的电流磁效应实验时,为使实验方便效果明显,
通电导线应______.
A.平行于南北方向,位于小磁针上方B .平行于东西方向,位于小磁针上方
C.平行于东南方向,位于小磁针上方
D.平行于西南方向,位于小磁针上方
此时从上向下看,小磁针的旋转方向是_________________(填顺时针或逆时针).
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(2)如图(b)所示是电子射线管示意图.接通电源后,电子射线由阴极沿x轴方向射
出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是__________。

(填选项代号)
A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向
B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向
C.加一电场,电场方向沿z轴负方向
D.加一电场,电场方向沿y轴正方向
(3)如图(c)所示,两条平行直导线,当通以相同方向的电流时,它们相互________
(填排斥或吸引),当通以相反方向的电流时,它们相互___________(填排斥或吸引),这时每个电流都处在另一个电流的磁场里,因而受到磁场力的作用.也就是说,电流和电流之间,就像磁极和磁极之间一样,也会通过磁场发生相互作用.
14.如图(a)所示为某同学“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”的电路实物图,电流从接线柱A流入螺线管,从接线柱B流出螺线
管.
(1)实验操作正确,得到螺线管中心轴线上的磁感应强度B的分布如图(b)中的图线1,从图中可以看出,螺线管中部的磁感应强度特点是
___________________________.
(2)该同学发现螺线管是由很细的导线紧密绕制而成,其右侧还有一个接线柱C.为了探究螺线管导线的绕线方式及其如何与三个接线柱A、B、C相连,他接着做了以下探究性实验:保持其它条件不变,仅使电流从接线柱A流入,从接线柱C 流出螺线管,得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布如图(b)中的图线2,且发现图线2中间部分的磁感应强度比图线1中间部分的磁感强度的一半值略大
些.保持其它条件不变,仅使电流从接线柱C流入,从接线柱B流出螺线管,得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布与图线2相似,请根据实验结果猜测螺线管绕线可能是图(c)中的_________(选填“甲”、“乙”或“丙”).
四、计算题(本大题共3小题,共45.0分)
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15.导轨式电磁炮是利用磁场对电流的作用力,把电能转变
成机械能的发射装置。

如图为一电磁炮模型,把两根长为
S0=100m,互相平行的铜制轨道放在垂直于轨道平面的磁场
中,磁感应强度B=2.0×10-5T;质量m=2.0g的弹体(包括金
属杆PQ的质量)静止在轨道之间的宽L=2m的金属架上,
通电后通过弹体的电流I=10A,弹体在运动过程中所受的阻力f恒为4.0×10-5N,求:(1)弹体最终以多大的速度V离开轨道?
(2)求弹体在S=25m处安培力的瞬时功率P?
16.如图所示,一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=+1.0×10-5C,从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中,微粒射出电场时的偏转角θ=60°,并接着沿半径方向进入一个垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域,微粒射出磁场时的偏转角也为θ=60°.已知偏转电场中金属板长L=10√3cm,圆形匀强磁场的半径为R=10√3cm,重力忽略不计.求:
(1)带电微粒经加速电场后的速度大小;
(2)两金属板间偏转电场的电场强度E的大小;
(3)匀强磁场的磁感应强度B的大小.
17.如图,在第Ⅱ象限内有水平向右的匀强电场,电场强度为E,在第Ⅰ、Ⅳ象限内分别存在如图所示的匀强磁场,磁感应强度大小相等,有一个带电粒子以垂直于x轴的初
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速度v0从x轴上的P点进入匀强电场中,并且恰好与y轴的正方向成45°角进入磁场,又恰好垂直x轴进入第Ⅳ象限的磁场,已知OP之间的距离为d,求:
(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径,
(2)带电粒子在磁场中第二次经过x轴时,在磁场中运动的总时间,
(3)匀强磁场的磁感应强度大小.
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答案和解析
1.【答案】D
【解析】
解:根据动能定理得,得①
离子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
根据牛顿第二定律,有
得②
①②两式联立得:
一价正离子电荷量与质子电荷量相等,同一加速电场U相同,同一出口离开
磁场则R相同,所以m∝,磁感应强度增加到原来的12倍,离子质量是质子质量的144倍,D正确,ABC错误
故选:D。

本题先电场加速后磁偏转问题,先根据动能定理得到加速得到的速度表达式,再结合带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式求出离子质量的表达式。

本题综合考查了动能定理和牛顿第二定律,关键要能通过洛伦兹力提供向心力求出质量的表达式。

2.【答案】D
【解析】
解:粒子在磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹,如图所示:
故轨道半径:r=R
根据牛顿第二定律,有:
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qvB=m
解得:r=
联立解得:
v=
故在磁场中的运动时间:
t==,故D正确,ABC错误
故选:D。

粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,画出轨迹,求解出半径,然后根据牛顿第二定律列式分析即可.
本题关键是结合几何关系得到轨道半径,画出轨迹是基础,根据牛顿第二定
律列式可以求解粒子的比荷.
3.【答案】A
【解析】
解:电子流沿z轴正方向运动,则电流是沿z轴负方向,根据右手螺旋定则可知,电子流在A点产生的磁场的方向为x轴正方向,所以A正确,BCD错误.故选:A.
根据右手螺旋定则,右手握住导线,使拇指的方向与电流的方向相同,此时
四指所指的方向就是在该点的磁场方向.
考查磁场方向的判断,注意右手定则与左手定则的区分及电子运动方向与电流方向的区别.
4.【答案】C
【解析】
解:电场力与重力大小相等,则二者的合力指向左下方45°,由于合力是恒力,故类似于新的重力,所以ad弧的中点相当于平时竖直平面圆环的“最高
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点”.关于圆心对称的位置(即bc弧的中点)就是“最低点”,速度最大.
A、设电场力与重力的合力为F,小球从a点运动到b点,F做正功,小球的动能增大,从b运动到c,动能先增大后减小,bc弧的中点速度最大,动能最大,故A错误.
B、当小球运动到c点时,由支持力、洛伦兹力和重力的合力提供向心力,洛伦兹力方向向上,
由F N+F洛-mg=m,可知,F N不一定大于mg,故B错误.
C、小球从b点运动到c点,电场力做负功,电势能增大,合力先做正功后做负功,则动能先增大后减小.故C正确.
D、小球从a点运动到b点,重力和电场力均做正功,则重力势能和电势能均减小,故D错误.
故选:C
电场力与重力大小相等,则二者的合力指向左下方45°,由于合力是恒力,故类似于新的重力,所以ad弧的中点相当于平时竖直平面圆环的“最高点”.关于圆心对称的位置(即bc弧的中点)就是“最低点”,速度最大.再根据竖直平面内的圆周运动的相关知识解题即可.
该题要求同学们能够根据受力分析找出做圆周运动新的最高点和最低点,再根据竖直平面内的圆周运动的知识解题.
5.【答案】A
【解析】
解:A、电场强度与电势没有关系,电场强度为零的地方电势不一定为零,电势为零的地方电场强度也不一定为零,所以电势的高低不是由电场本身决定的,它与零电势的选取有关,故A正确;
B、电场中某点的电势高,但试探电荷在该点的电势能不一定大,还与电荷带
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电性有关;磁场中某点磁感应强度大,则电流元在该处受的安培力不一定大,还与放置的角度有关。

故B错误;
C、处在电场中的电荷一定受到电场力,但在磁场中运动的电荷并一定有磁
场力存在,当运动方向与磁场方向平行时,没有磁场力作用。

故C错误;
D、电场强度和磁感应强度都是矢量,电场的方向可由试探电荷来确定,比如:正电荷所受电场力的方向即为电场强度的方向,而磁场的方向可由磁极来确定,但电流元不能确定磁场的方向,故D错误;
故选:A。

电场的基本性质是对放入的电荷有力的作用,而通电导线放入磁场中不一定有磁场力的作用;电场与磁场都是客观存在的特殊物质;电势是描述电场性
质的一种物理量,与电场强度没有直接关系.
考查电场与磁场的基本知识,通过相互比较来加强理解.注意电荷在磁场中
受洛伦兹力是“有条件”的即运动电荷和磁场方向有夹角,若是平行或电荷与磁场相对静止则不受洛伦兹力作用,而电荷在电场中受电场力是“无条件”的即电场力与电荷的运动状态无关.是一道基础题,同时也是易错题.
6.【答案】B
【解析】
解:由安培定则可知,导线下方的磁场方向垂直纸面向外,且离导线越远,磁场越弱,B越小。

如图所示,电子初速度方向与电流方向相同,由左手定则可知受到的洛伦兹
力方向向下,则电子将远离导线,沿路径a运动。

B减小,由r=,可知电子的运动曲率半径变大,故B正确。

故选:B。

先用安培定则判断出导线下方的磁场方向及分布情况,再由左手定则判断电
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子运动时的受力方向,结合半径公式r=,可知半径的变化情况,从而得出正确选项.
该题考查的知识点较多,首先是右手定则,知道通电直导线周围的磁场的分布;其次是左手定则,会熟练的判断带电粒子受到的洛伦兹力的方向,尤其是电子的受力方向的判断;再者是当磁场变化后,会用r=来判断半径的变化.
7.【答案】C
【解析】
解:A、根据左手定则,知自由电子向上偏转,则上表面带负电,下表面带正电,下表面的电势高于上表面.故A错误;
B、根据evB=e,解得U=vBh,根据电流的微观表达式I=neSv,故U=
,知增大h,上下表面的电势差不变,与h无关.故B错误;
C、根据evB=e,解得U=vBh,根据电流的微观表达式I=neSv,故U=
,知仅增大d时,上下表面的电势差减小,故C正确;
D、根据evB=e,解得U=vBh;根据电流的微观表达式I=neSv,故
U= ,电流越大,电子的速度越大,故上下表面的电势差越大,故D错误;
故选:C.
金属导体中移动的是自由电子,根据左手定则判断洛伦兹力的方向,从而得
出电子的偏转方向,比较出电势的高低.最终电子受洛伦兹力和电场力平衡,根据平衡得出电势差的大小表达式进行讨论.
所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体时,产生横向电位差的物理现象.霍尔效应在新课标教材中作为课题研究材料,解答此题所需的知识都是
考生应该掌握的.对于开放性物理试题,要有较强的阅读能力和获取信息能力.
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8.【答案】AD
【解析】
【分析】
本题主要考查速度选择器以及粒子在磁场中的运动规律,理清速度选择器原理是做题的关键。

带电粒子经加速后进入速度选择器,电场力和洛伦兹力平衡时,速度为v=
的粒子沿直线通过P孔,然后进入磁场,打在胶片上的不同位置.在磁场中,根据洛伦兹力提供向心力,求出粒子的轨道半径,分析半径与荷质比的关系。

【解答】
A.在速度选择其中粒子做直速运动,受到的电场力和洛伦兹力大小相等,合
力为零,故A正确;
B.由加速电场方向可知粒子带正电,粒子在速度选择器中做直线运动,电场
力方向向右,因此粒子受到的洛伦兹力向左,由左手定则可知磁场垂直于纸
面向外,故B错误;
C.根据qE=qvB知,v=,知速度大小为的粒子能通过速度选择器,故C错误;
D.根据知,r=,则越靠近狭缝P,比荷越大,则半径越小,粒子
打在胶片上的位置越靠近狭缝P,故D正确
故选AD。

9.【答案】BD
【解析】
【分析】
带电粒子在复合场中做匀速圆周运动,可判断出电场力和重力为平衡力,从
而判断电场力的方向,结合电场的方向便可知粒子的电性。

根据洛伦兹力的
方向,利用左手定则可判断粒子的旋转方向。

结合重力与电场力平衡以及带
电粒子在洛伦兹力的作用下的运动半径公式,可求出线速度。

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此题考查了带电粒子在复合场中的运动。

复合场是指电场、磁场、重力场并存,或其中某两种场并存的场。

带电粒子在这些复合场中运动时,必须同时
考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用,因此对粒子的
运动形式的分析就显得极为重要。

该题就是根据带电粒子的运动情况来判断受到的电场力情况。

【解答】
A.带电粒子在重力场、匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动,可知,带电粒子受到的重力和电场力是一对平衡力,重力竖直向下,所以电场力竖直向上,与电场方向相反,故可知带电粒子带负电荷,故A错误;
BC.磁场方向向外,洛伦兹力的方向始终指向圆心,由左手定则可判断粒子的旋转方向为逆时针,故B正确,C错误;
D.由粒子做匀速圆周运动,得知电场力和重力大小相等,得:;带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的半径为:,联立得:,故D正确。

故选BD。

10..【答案】AB
【解析】
【分析】
两个轨道的半径相同,根据圆周运动的向心力的公式可以分析小球通过最低点时对轨道的压力,小球在磁场中运动,磁场力对小球不做功,整个过程中
小球的机械能守恒,小球在电场中受到的电场力对小球做负功,到达最低点
时的速度的大小较小.
洛仑兹力对小球不做功,但是洛仑兹力影响了球对轨道的作用力,在电场中
的小球,电场力对小球做功,影响小球的速度的大小,从而影响小球对轨道
的压力的大小.本题主要考查洛伦兹力与电场力的作用,难度一般。

【解答】
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小球在磁场中运动,在最低点进行受力分析可知:
F M-mg-Bqv1=m
解得:F M=+mg+Bqv1…①
小球在电场中运动,在最低点受力分析可知:
F N-mg=
解得:F N=+mg…②
AC.由于小球在磁场中运动,磁场力对小球不做功,整个过程中小球的机械能守恒;而小球在电场中运动受到的电场力对小球做负功,到达最低点时的速度的大小较小,所以在电场中运动的时间也长,故A正确,C错误;
B.因为v1>v2,结合①②可知:F M>F N,故B正确;
D.由于小球在磁场中运动,磁场力对小球不做功,整个过程中小球的机械能守恒,所以小球可以到达轨道的另一端,而电场力做小球做负功,所以小球在达到轨道另一端之前速度就减为零了,故不能到达最右端,故D错误;
故选AB.
11.【答案】AD
【解析】
【分析】
带正电的小环向右运动时,受到的洛伦兹力方向向上,注意讨论洛伦兹力与重力的大小关系,然后即可确定其运动形式,注意洛伦兹力大小随着速度的大小是不断变化的。

分析洛伦兹力要用动态思想进行分析,注意讨论各种情况,同时注意v﹣t图象斜率的物理应用,总之本题比较全面的考查了高中所学物理知识。

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【解答】
由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,圆环受到竖直向下的重力、垂直细杆的弹力及向左的摩擦力,
A.当qvB=mg时,小环做匀速运动,此时图象为A,故A正确;
BC.当qvB<mg时,F N=mg﹣qvB此时:μF N=ma,所以小环做加速度逐渐增大的减速运动,直至停止,所以其v﹣t图象的斜率应该逐渐增大,故BC错误; D.当qvB>mg时,F N=qvB﹣mg,此时:μF N=ma,所以小环做加速度逐渐减小的减速运动,直到qvB=mg时,小环开始做匀速运动,故D正确。

故选AD。

12.【答案】BCD
【解析】
【分析】
当小球只受到重力的作用的时候,球做的是竖直上抛运动;当小球在磁场中运动到最高点时,由于洛伦兹力的作用,会改变速度的方向,所以到达最高点是小球的速度的大小不为零;当加上电场时,电场力在水平方向,只影响小球在水平方向的运动,不影响竖直方向的运动的情况,而第4个电场力影响加速度,从而影响高度.
洛伦兹力的方向始终和速度的方向垂直,只改变球的速度的方向,所以磁场对电子的洛伦兹力始终不做功.
【解答】
第1个图:由竖直上抛运动的最大高度公式得:h1=。

第3个图:当加上电场时,由运动的分解可知,在竖直方向上有:
v02=2gh3,
所以h1=h3;
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而第2个图:洛伦兹力改变速度的方向,
当小球在磁场中运动到最高点时,小球应有水平速度,设此时的球的动能为E k,则由能量守恒得:
mgh2+E k=mv02,
又由于mv02=mgh1
所以h1>h2,故A错误,BCD正确;
故选:BCD。

13.【答案】(1)A;逆时针;
(2)B;
(3)吸引;排斥
【解析】
【分析】
使小磁针效果明显,应让其向东西方向转,电流应位于南北方向,从而即可求解;电子射线由阴极沿x轴方向射出,形成的亮线向下(z轴负方向)偏转,说明电子受到的洛伦兹力方向向下,将四个选项逐一代入,根据左手定则判断分析,选择可行的磁场方向;根据安培定则和左手定则,判断两导线之间的作用力性质,从而即可求解。

本题考查了奥斯特的电流磁效应实验、安培定则,电流的磁场、磁场对电流的作用,要在理解的基础上加强记忆,本题考查电偏转与磁偏转方向判断的能力,负电荷运动的方向与电流方向相反,洛伦兹力方向由左手定则判断。

【解答】
17/ 22。

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