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第47頁(共47頁)2024-2025學(xué)年下學(xué)期高二物理教科版(2019)期末必刷??碱}之磁場對電流的作用一.選擇題(共7小題)1.(2025?莆田四模)如圖所示,粗細(xì)均勻的“L”型金屬棒ACD用絕緣細(xì)線PD和QA懸吊,靜止在垂直于PDCAQ平面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,CD部分水平,長為4L,AC部分豎直,長為3L。給金屬棒通入大小為I、方向從D到A的恒定電流,同時給金屬棒施加一個外力,使金屬棒仍處于原靜止?fàn)顟B(tài),則加在金屬棒上外力的最小值為()A.3BIL B.4BIL C.5BIL D.7BIL2.(2025?青羊區(qū)校級一模)《大國重器Ⅲ》節(jié)目介紹了GIL輸電系統(tǒng)的三相共箱技術(shù),如圖甲所示,三根超高壓輸電線纜平行且間距相等。截面圖如圖乙所示,截面圓心構(gòu)成正三角形,上方兩根輸電線纜A、B圓心連線水平,某時刻A輸電線纜中電流方向垂直于紙面向外、B輸電線纜中電流方向垂直于紙面向里、電流大小均為I,下方C輸電線纜中電流方向垂直于紙面向外、電流大小為2I,如圖乙所示,下列說法正確的是()A.A、B輸電線纜相互吸引 B.正三角形中心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向左 C.A輸電線纜所受安培力方向斜向左下方,與水平方向的夾角為60° D.C輸電線纜所受安培力方向平行輸電線纜A、B圓心連線向左3.(2025?昌平區(qū)二模)如圖所示,將長度為a、寬度為b、厚度為c的金屬導(dǎo)體板放在垂直于ab表面的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)導(dǎo)體中通有從側(cè)面1流向3的電流I時,在導(dǎo)體的上下表面2和4之間會產(chǎn)生電勢差U,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)的原理可以制造磁強(qiáng)計(jì),測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。已知該金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n,電子電荷量為e。則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為()A.necUI B.neIcU C.neaUI4.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,固定在絕緣水平面上相互平行的金屬導(dǎo)軌間的距離為d,兩導(dǎo)軌間的勻強(qiáng)磁場垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,固定在水平導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒MN與水平導(dǎo)軌的夾角為45°,當(dāng)通過導(dǎo)體棒MN的電流為I時,導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為()A.12BId B.BId C.32BId 5.(2025?石家莊三模)回旋加速器利用高頻交變電壓使帶電粒子在電場中不斷加速。如圖所示,回旋加速器兩“D”型盒內(nèi)存在垂直“D”型盒的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,所加速粒子的比荷為k,高頻電源由LC振蕩電路產(chǎn)生,LC振蕩電路中電感線圈的自感系數(shù)為L。為使回旋加速器正常工作,LC振蕩電路中的電容器的電容C為()A.1k2B2L B.k2B2L C.6.(2025春?天心區(qū)校級期中)對于下列所示的裝置,說法正確的是()A.甲圖中,法拉第利用該實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) B.乙圖中,兩根通有方向相反電流的長直導(dǎo)線會相互吸引 C.丙圖中,不改變質(zhì)譜儀各區(qū)域的電場磁場,擊中底片同一位置的不同粒子比荷相同 D.丁圖中,回旋加速器加速帶電粒子的最大動能與加速電壓有關(guān)7.(2025春?重慶校級月考)1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器,巧妙地利用帶電粒子在磁場中運(yùn)動特點(diǎn),解決了粒子的加速問題。現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和科學(xué)設(shè)備中。不考慮相對論效應(yīng),關(guān)于回旋加速器的下列說法,正確的是()A.磁場用來加速帶電粒子 B.電場用來加速帶電粒子 C.增大加速電場的電壓值,可以使帶電粒子離開加速器時的動能變大 D.帶電粒子不斷被加速的過程中,交變電流的頻率也要不斷改變,以保證粒子每次都恰好被加速二.多選題(共3小題)(多選)8.(2025?廣州三模)醫(yī)用回旋加速器工作原理示意圖如圖甲所示,其工作原理是:帶電粒子在磁場和交變電場的作用下,反復(fù)在磁場中做回旋運(yùn)動,并被交變電場反復(fù)加速,達(dá)到預(yù)期所需要的粒子能量,通過引出系統(tǒng)引出后,轟擊在靶材料上,獲得所需要的核素。t=0時,回旋加速器中心部位O處的燈絲釋放的帶電粒子在回旋加速器中的運(yùn)行軌道和加在間隙間的高頻交流電壓如圖乙所示(圖中為已知量)。若帶電粒子的比荷為k,忽略粒子經(jīng)過間隙的時間和相對論效應(yīng),則()A.被加速的粒子帶正電 B.磁體間勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為π2C.粒子被加速的最大動量大小與D形盒的半徑有關(guān) D.帶電粒子在D形盒中被加速次數(shù)與交流電壓無關(guān)(多選)9.(2025?廣州模擬)電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的新型武器,如圖所示為電磁炮的原理結(jié)構(gòu)示意圖。若某水平發(fā)射軌道長6m,寬1m,發(fā)射的炮彈質(zhì)量為50g,炮彈被發(fā)射時從軌道左端由靜止開始加速。當(dāng)電路中的電流恒為20A,軌道間勻強(qiáng)磁場B=3.0×104T時,不計(jì)空氣及摩擦阻力。下列說法正確的是()A.炮彈所處位置的磁場方向?yàn)樨Q直向上 B.炮彈的加速度大小為7.2×107m/s2 C.若將電路中的電流增加為原來的兩倍,則炮彈的最大速度也變?yōu)樵瓉淼膬杀?D.炮彈發(fā)射過程中安培力的最大功率為7.2×109W(多選)10.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,一直線邊界的勻強(qiáng)磁場中,下列粒子豎直向上射入磁場,能夠向右偏轉(zhuǎn)的有()A.負(fù)電荷 B.質(zhì)子 C.電子 D.中子三.填空題(共3小題)11.(2025春?永春縣校級期中)質(zhì)量為m、帶電量為q的滑塊,從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑,一個斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場中,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如圖。若帶電滑塊下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零,可知滑塊帶電(填“正”或“負(fù)”);滑塊在斜面上下滑過程中,當(dāng)滑塊對斜面壓力為零時的速率為,從開始到壓力為零時所用時間為。12.(2025春?永春縣校級期中)如圖真空中xOy平面內(nèi),y軸右側(cè)存在垂直xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,一個比荷qm為v0Bd的帶正電粒子以速率為v0在坐標(biāo)為(0,2d)的P點(diǎn)處垂直y軸沿xOy平面射入磁場。若粒子進(jìn)入磁場后就開始受到與速率v成正比、方向與速度相反的阻力f=kv(k已知),觀察粒子軌跡呈螺旋狀,且與y軸相切于點(diǎn)Q(0,y)(未標(biāo)出)。不計(jì)粒子重力,則開始進(jìn)入時的運(yùn)動半徑為,Q點(diǎn)坐標(biāo)y為,從P運(yùn)動到Q的路程s為13.(2025春?思明區(qū)校級期中)某同學(xué)自制一電流表,其原理如圖所示。質(zhì)量為m的均勻細(xì)金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連,彈簧的勁度系數(shù)為k,在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,ab=L1,bc=L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針,可指示出標(biāo)尺上的刻度。MN的長度大于ab,當(dāng)MN中沒有電流通過且處于靜止時,MN與矩形區(qū)域的ab邊重合,且指針指在標(biāo)尺的零刻度;當(dāng)MN中有電流時,指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度。MN始終在紙面內(nèi)且保持水平,重力加速度為g。為使電流表正常工作,流過金屬桿的電流方向?yàn)椋ㄌ睢癗→M”或“M→N”);該電流表所測電流的最大值為。四.解答題(共2小題)14.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,電阻不計(jì)的兩平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)=1m,固定在傾角θ=53°的絕緣斜面上,下端接一電動勢E=12V、內(nèi)阻r=2Ω的電源。金屬導(dǎo)軌所在的區(qū)域加一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=4T的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直斜面向下?,F(xiàn)把一根質(zhì)量m=2.0kg的金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上,ab接入電路的電阻R=4Ω,當(dāng)開關(guān)閉合后ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。重力加速度g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:(1)金屬桿ab受到的安培力大小和方向;(2)金屬桿ab受到導(dǎo)軌的摩擦力大小和方向。15.(2025?南開區(qū)二模)如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為r的圓形邊界,AB為其水平直徑,圓形邊界內(nèi)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場,過B點(diǎn)的豎直線BD與水平線BC間存在方向豎直向上、電場強(qiáng)度大小為E0(未知量)的勻強(qiáng)電場,P點(diǎn)是勻強(qiáng)電場中的某點(diǎn)?,F(xiàn)讓電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子(不計(jì)重力)從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場,然后從B點(diǎn)離開勻強(qiáng)磁場,粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的軌跡圓的半徑為2r,粒子經(jīng)過一段時間t0從B點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)時速度恰好水平向右。求:(1)粒子從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場時速度v0的大小和從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用時間t;(2)勻強(qiáng)電場E0的大小和BP兩點(diǎn)間的電勢差UBP。

2024-2025學(xué)年下學(xué)期高二物理教科版(2019)期末必刷??碱}之磁場對電流的作用參考答案與試題解析一.選擇題(共7小題)題號1234567答案ADADACB二.多選題(共3小題)題號8910答案BCADAC一.選擇題(共7小題)1.(2025?莆田四模)如圖所示,粗細(xì)均勻的“L”型金屬棒ACD用絕緣細(xì)線PD和QA懸吊,靜止在垂直于PDCAQ平面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,CD部分水平,長為4L,AC部分豎直,長為3L。給金屬棒通入大小為I、方向從D到A的恒定電流,同時給金屬棒施加一個外力,使金屬棒仍處于原靜止?fàn)顟B(tài),則加在金屬棒上外力的最小值為()A.3BIL B.4BIL C.5BIL D.7BIL【考點(diǎn)】安培力作用下的受力平衡問題.【專題】定量思想;推理法;磁場磁場對電流的作用;推理論證能力.【答案】A【分析】根據(jù)金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài),結(jié)合施加的最小外力等于安培力的水平分力分析求解?!窘獯稹拷猓阂菇饘侔籼幱陟o止?fàn)顟B(tài),需要施加的最小外力等于安培力的水平分力,即F=3BIL故A正確,BCD錯誤。故選:A。【點(diǎn)評】本題考查了安培力相關(guān)知識,理解安培力的表達(dá)式時解決此類問題的關(guān)鍵。2.(2025?青羊區(qū)校級一模)《大國重器Ⅲ》節(jié)目介紹了GIL輸電系統(tǒng)的三相共箱技術(shù),如圖甲所示,三根超高壓輸電線纜平行且間距相等。截面圖如圖乙所示,截面圓心構(gòu)成正三角形,上方兩根輸電線纜A、B圓心連線水平,某時刻A輸電線纜中電流方向垂直于紙面向外、B輸電線纜中電流方向垂直于紙面向里、電流大小均為I,下方C輸電線纜中電流方向垂直于紙面向外、電流大小為2I,如圖乙所示,下列說法正確的是()A.A、B輸電線纜相互吸引 B.正三角形中心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向左 C.A輸電線纜所受安培力方向斜向左下方,與水平方向的夾角為60° D.C輸電線纜所受安培力方向平行輸電線纜A、B圓心連線向左【考點(diǎn)】兩根通電導(dǎo)線之間的作用力;通電直導(dǎo)線周圍的磁場.【專題】定性思想;推理法;磁場磁場對電流的作用;推理論證能力.【答案】D【分析】反向電流相互排斥,同向電流相互吸引,根據(jù)力的矢量合成法則分析作用力方向;根據(jù)右手螺旋定則判斷磁場方向,結(jié)合平行四邊形定則判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?!窘獯稹拷猓篈.由于A、B輸電線纜通入的電流方向相反,兩線纜相互排斥,故A錯誤;B.由右手定則和平行四邊形定則可知,A、B輸電線纜在O處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向上,C輸電線纜在O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向左,所以O(shè)處合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向應(yīng)斜向左上方,故B錯誤;C.B輸電線纜對A輸電線纜的作用力沿AB水平向左,C輸電線纜對A輸電線纜的作用力沿AC斜向右下,且大小為B輸電線纜對A輸電線纜作用力的2倍,如圖所示,由圖可知,F(xiàn)ACcosθ=2FABcos60°=FAB,即C輸電線纜對A輸電線纜的作用力在水平方向的分力與B輸電線纜對A輸電線纜的作用力大小相等、方向相反,所以A輸電線纜受到的合力即為C輸電線纜對A輸電線纜的作用力在豎直方向的分力,其與水平方向的夾角為90°,故C錯誤;D.A輸電線纜對C輸電線纜的作用力沿AC斜向左上,B輸電線纜對C輸電線纜的作用力沿BC斜向左下,兩個力大小相等且與輸電線纜A、B圓心連線夾角相等,所以C輸電線纜受到的合力平行輸電線纜A、B圓心連線向左,故D正確。故選:D?!军c(diǎn)評】解題關(guān)鍵是掌握電流流向相反,通電導(dǎo)線會相互排斥;電流流向相同,通電導(dǎo)線會相互吸引;正確利用右手螺旋定則判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度方向;磁感應(yīng)強(qiáng)度遵循平行四邊形定則。3.(2025?昌平區(qū)二模)如圖所示,將長度為a、寬度為b、厚度為c的金屬導(dǎo)體板放在垂直于ab表面的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)導(dǎo)體中通有從側(cè)面1流向3的電流I時,在導(dǎo)體的上下表面2和4之間會產(chǎn)生電勢差U,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)的原理可以制造磁強(qiáng)計(jì),測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。已知該金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n,電子電荷量為e。則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為()A.necUI B.neIcU C.neaUI 【考點(diǎn)】霍爾效應(yīng)與霍爾元件.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動專題;推理論證能力.【答案】A【分析】根據(jù)電流的微觀表達(dá)式結(jié)合平衡條件列式求解。【解答】解:自由電子做定向移動,視為勻速運(yùn)動,速度設(shè)為v,則單位時間內(nèi)前進(jìn)的距離為v,對應(yīng)體積為vbc,此體積內(nèi)含有的電子個數(shù)為nvbc,電量為nevbc,有I=ΔqΔt=Δq1=nevbc,電子受電場力和洛倫茲力平衡,有e故選:A。【點(diǎn)評】考查電流的微觀表達(dá)式結(jié)合平衡條件的應(yīng)用,會根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。4.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,固定在絕緣水平面上相互平行的金屬導(dǎo)軌間的距離為d,兩導(dǎo)軌間的勻強(qiáng)磁場垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,固定在水平導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒MN與水平導(dǎo)軌的夾角為45°,當(dāng)通過導(dǎo)體棒MN的電流為I時,導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為()A.12BId B.BId C.32BId 【考點(diǎn)】安培力的計(jì)算公式及簡單應(yīng)用.【專題】定量思想;推理法;磁場磁場對電流的作用;推理論證能力.【答案】D【分析】根據(jù)安培力表達(dá)式,結(jié)合有效長度分析求解?!窘獯稹拷猓簩?dǎo)體棒的長度L則導(dǎo)體棒受到的安培力F=BIL=2故ABC錯誤,D正確。故選:D。【點(diǎn)評】本題考查了安培力相關(guān)知識,理解有效長度是解決此類問題的關(guān)鍵。5.(2025?石家莊三模)回旋加速器利用高頻交變電壓使帶電粒子在電場中不斷加速。如圖所示,回旋加速器兩“D”型盒內(nèi)存在垂直“D”型盒的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,所加速粒子的比荷為k,高頻電源由LC振蕩電路產(chǎn)生,LC振蕩電路中電感線圈的自感系數(shù)為L。為使回旋加速器正常工作,LC振蕩電路中的電容器的電容C為()A.1k2B2L B.k2B2L C.【考點(diǎn)】回旋加速器.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;推理論證能力.【答案】A【分析】根據(jù)洛倫茲力提供向心力結(jié)合圓周運(yùn)動規(guī)律求解粒子在磁場中周期,結(jié)合LC振蕩電路周期公式求解,【解答】解:根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB=mv2r,被加速粒子在磁場中的運(yùn)動周期為T=2πrv,解得T故選:A?!军c(diǎn)評】本題考查回旋加速器和LC振蕩電路,回旋加速器實(shí)質(zhì)上是一個組合場問題,要知道在回旋加速器中電場是用于加速,而磁場是改變運(yùn)動方向。6.(2025春?天心區(qū)校級期中)對于下列所示的裝置,說法正確的是()A.甲圖中,法拉第利用該實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) B.乙圖中,兩根通有方向相反電流的長直導(dǎo)線會相互吸引 C.丙圖中,不改變質(zhì)譜儀各區(qū)域的電場磁場,擊中底片同一位置的不同粒子比荷相同 D.丁圖中,回旋加速器加速帶電粒子的最大動能與加速電壓有關(guān)【考點(diǎn)】回旋加速器;通電直導(dǎo)線周圍的磁場;與加速電場相結(jié)合的質(zhì)譜儀.【專題】定性思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;推理論證能力.【答案】C【分析】奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng),反向電流相互排斥,根據(jù)牛頓第二定律列式得出粒子的速度表達(dá)式,結(jié)合題意完成分析,根據(jù)動能定理,牛頓第二定律和受力分析聯(lián)立等式得出比荷的表達(dá)式并完成分析?!窘獯稹拷猓篈.甲圖中,奧斯特利用該實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),故A錯誤;B.乙圖中,兩根通有方向相反電流的長直導(dǎo)線會相互排斥,故B錯誤;C.帶電粒子在加速電場中,根據(jù)動能定理可得:qU=12mv2,在復(fù)合場中,根據(jù)平衡條件可得:qvB1=qE,在磁場中,由牛頓第二定律可得:qvBD在回旋加速器中,根據(jù)牛頓第二定律可得:qvB=mv2R故選:C?!军c(diǎn)評】本題主要考查了磁場的相關(guān)應(yīng)用,理解不同儀器的工作原理,結(jié)合受力分析和牛頓第二定律即可完成分析。7.(2025春?重慶校級月考)1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器,巧妙地利用帶電粒子在磁場中運(yùn)動特點(diǎn),解決了粒子的加速問題?,F(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和科學(xué)設(shè)備中。不考慮相對論效應(yīng),關(guān)于回旋加速器的下列說法,正確的是()A.磁場用來加速帶電粒子 B.電場用來加速帶電粒子 C.增大加速電場的電壓值,可以使帶電粒子離開加速器時的動能變大 D.帶電粒子不斷被加速的過程中,交變電流的頻率也要不斷改變,以保證粒子每次都恰好被加速【考點(diǎn)】回旋加速器.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;推理論證能力.【答案】B【分析】回旋加速器是利用電場進(jìn)行加速,磁場進(jìn)行偏轉(zhuǎn);根據(jù)洛倫茲力提供向心力和動能定義,分析帶電粒子離開加速器時獲得的動能;子在磁場中運(yùn)動的周期與粒子的速度無關(guān)?!窘獯稹拷猓篈B.洛倫茲力永不做功,回旋加速器是利用磁場進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的,利用電場進(jìn)行加速,故A錯誤,B正確;C.帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力提供向心力,有qvB=m聯(lián)立解得E可知帶電粒子離開加速器時獲得的動能與加速電場的電壓無關(guān),故C錯誤;D.粒子在磁場中運(yùn)動的周期為T可知,周期與粒子的速度無關(guān),故交變電源的頻率不變,故D錯誤。故選:B。【點(diǎn)評】本題解題關(guān)鍵是掌握帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力提供向心力的規(guī)律。二.多選題(共3小題)(多選)8.(2025?廣州三模)醫(yī)用回旋加速器工作原理示意圖如圖甲所示,其工作原理是:帶電粒子在磁場和交變電場的作用下,反復(fù)在磁場中做回旋運(yùn)動,并被交變電場反復(fù)加速,達(dá)到預(yù)期所需要的粒子能量,通過引出系統(tǒng)引出后,轟擊在靶材料上,獲得所需要的核素。t=0時,回旋加速器中心部位O處的燈絲釋放的帶電粒子在回旋加速器中的運(yùn)行軌道和加在間隙間的高頻交流電壓如圖乙所示(圖中為已知量)。若帶電粒子的比荷為k,忽略粒子經(jīng)過間隙的時間和相對論效應(yīng),則()A.被加速的粒子帶正電 B.磁體間勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為π2C.粒子被加速的最大動量大小與D形盒的半徑有關(guān) D.帶電粒子在D形盒中被加速次數(shù)與交流電壓無關(guān)【考點(diǎn)】回旋加速器.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;推理論證能力.【答案】BC【分析】根據(jù)回旋加速器的基本工作原理,即粒子在磁場中做圓周運(yùn)動,同時在電場中被加速。分析粒子的運(yùn)動軌跡與磁場、電場的關(guān)系,以及粒子被加速的次數(shù)與交流電壓的關(guān)系?!窘獯稹拷猓篈、由題圖乙可知t=0時,UAB<0粒子向右加速,故被加速的粒子帶負(fù)電,故A錯誤;B、由題圖乙可知交流電壓的周期為4t0,粒子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動的周期與交流電壓的周期相等,粒子在磁場中運(yùn)動時,洛倫茲力提供向心力,根據(jù)圓周運(yùn)動的公式有,qvB=mv2r,T=2πrv則r=mvC、根據(jù)R=pmBq可知,粒子被加速的最大動量大小與D、根據(jù)R=mvmBq,NqU=12m故選:BC?!军c(diǎn)評】本題考查回旋加速器的工作原理,涉及粒子在磁場中的運(yùn)動、電場加速、以及粒子動量與磁場、電場的關(guān)系。解題的關(guān)鍵在于理解回旋加速器的基本工作原理,以及粒子在磁場和電場中的運(yùn)動規(guī)律。同時,需要注意粒子的電性、磁感應(yīng)強(qiáng)度、粒子動量與D形盒的半徑的關(guān)系,以及粒子在電場中被加速的次數(shù)與交流電壓的關(guān)系。(多選)9.(2025?廣州模擬)電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的新型武器,如圖所示為電磁炮的原理結(jié)構(gòu)示意圖。若某水平發(fā)射軌道長6m,寬1m,發(fā)射的炮彈質(zhì)量為50g,炮彈被發(fā)射時從軌道左端由靜止開始加速。當(dāng)電路中的電流恒為20A,軌道間勻強(qiáng)磁場B=3.0×104T時,不計(jì)空氣及摩擦阻力。下列說法正確的是()A.炮彈所處位置的磁場方向?yàn)樨Q直向上 B.炮彈的加速度大小為7.2×107m/s2 C.若將電路中的電流增加為原來的兩倍,則炮彈的最大速度也變?yōu)樵瓉淼膬杀?D.炮彈發(fā)射過程中安培力的最大功率為7.2×109W【考點(diǎn)】電磁炮.【專題】定量思想;推理法;電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題;推理論證能力.【答案】AD【分析】根據(jù)左手定則判斷出磁場的方向,根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算出炮彈加速度的大小,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式以及功率公式分析?!窘獯稹拷猓篈.根據(jù)左手定則可知,磁場方向?yàn)樨Q直向上,故A正確;B.炮彈受安培力作用,根據(jù)牛頓第二定律有BIL=ma代入數(shù)據(jù),解得a=1.2×107m/s2故B錯誤;C.根據(jù)2ax=v2解得v若將電路中的電流增加為原來的兩倍,則炮彈的最大速度變?yōu)樵瓉?倍,故C錯誤;D.炮彈發(fā)射過程中安培力的最大功率P=BILv代入數(shù)據(jù),解得P=7.2×109W故D正確。故選:AD?!军c(diǎn)評】本題主要考查了安培力的計(jì)算,根據(jù)左手定則推出磁場的方向,結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式和牛頓第二定律完成分析即可。(多選)10.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,一直線邊界的勻強(qiáng)磁場中,下列粒子豎直向上射入磁場,能夠向右偏轉(zhuǎn)的有()A.負(fù)電荷 B.質(zhì)子 C.電子 D.中子【考點(diǎn)】帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動.【專題】定性思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;理解能力.【答案】AC【分析】根據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)方向,可知洛倫茲力的方向結(jié)合左手定則判斷電性,從而判斷粒子?!窘獯稹拷猓河捎谫|(zhì)子帶正電,電子帶負(fù)電,中子不帶電,再由題意,根據(jù)左手定則可知,粒子受到向右的洛倫茲力,那么粒子應(yīng)帶負(fù)電,故BD錯誤,AC正確。故選:AC?!军c(diǎn)評】本題考查帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動,注意左手定則的應(yīng)用,同時注意正負(fù)電荷的不同。三.填空題(共3小題)11.(2025春?永春縣校級期中)質(zhì)量為m、帶電量為q的滑塊,從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑,一個斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場中,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如圖。若帶電滑塊下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零,可知滑塊帶正電(填“正”或“負(fù)”);滑塊在斜面上下滑過程中,當(dāng)滑塊對斜面壓力為零時的速率為mgcosθBq,從開始到壓力為零時所用時間為mcosθqBsinθ【考點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動;牛頓第二定律的簡單應(yīng)用;牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問題.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;分析綜合能力.【答案】正;mgcosθqB;mcosθ【分析】帶電滑塊在滑至某一位置時,由于在安培力的作用下,要離開斜面。根據(jù)磁場方向結(jié)合左手定則可得帶電粒子的電性。由光滑斜面,所以小滑塊在沒有離開斜面之前一直做勻加速直線運(yùn)動。借助于洛倫茲力公式可求出恰好離開時的速度大小?!窘獯稹拷猓簬щ娦∏蜓匦泵嫦蛳逻\(yùn)動,某時刻對斜面的作用力恰好為零,可知洛倫茲力垂直斜面向上,由于磁場垂直紙面向外,可知小球帶正電;帶電小球在斜面上下滑過程中,當(dāng)小球受到的洛倫茲力等于重力垂直于斜面的分力相等時,小球?qū)π泵鎵毫榱?,即:Bqv=mgcosθ變形解得:v=滑塊在斜面上運(yùn)動時,沿斜面方向上只受重力沿斜面的分力mgsinθ,根據(jù)牛頓第二定律mgsinθ=ma則加速度a=gsinθ滑塊從靜止開始運(yùn)動,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式v=at解得t=故答案為:正;mgcosθBq;mcosθ【點(diǎn)評】本題突破口是從小滑塊剛從斜面離開時,從而確定洛倫茲力的大小,進(jìn)而得出剛離開時的速度大小,由于沒有離開之前做勻加速直線運(yùn)動,所以由運(yùn)動與力學(xué)可解出末速度。倘若斜面不是光滑的,則隨著粒子的下滑,洛倫茲力大小變化,導(dǎo)致摩擦力變化,從而使加速度也發(fā)生變化。12.(2025春?永春縣校級期中)如圖真空中xOy平面內(nèi),y軸右側(cè)存在垂直xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,一個比荷qm為v0Bd的帶正電粒子以速率為v0在坐標(biāo)為(0,2d)的P點(diǎn)處垂直y軸沿xOy平面射入磁場。若粒子進(jìn)入磁場后就開始受到與速率v成正比、方向與速度相反的阻力f=kv(k已知),觀察粒子軌跡呈螺旋狀,且與y軸相切于點(diǎn)Q(0,y)(未標(biāo)出)。不計(jì)粒子重力,則開始進(jìn)入時的運(yùn)動半徑為d,Q點(diǎn)坐標(biāo)y為d,從P運(yùn)動到Q的路程s為m【考點(diǎn)】帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動.【專題】應(yīng)用題;定量思想;推理法;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;分析綜合能力.【答案】d;d;mv【分析】由洛倫茲力提供向心力可得粒子剛進(jìn)入磁場時做圓周運(yùn)動的半徑;對粒子應(yīng)用動量定理求解?!窘獯稹拷猓毫W舆M(jìn)入磁場時,洛倫茲力提供向心力有:qv0B=已知qm=v0粒子從P到Q,由于軌跡相切于Q點(diǎn),由此可知,粒子偏轉(zhuǎn)270°,設(shè)該段時間內(nèi),分別以兩坐標(biāo)軸為正方向,由動量定理得:水平方向:-fx?Δt-Fx×Δt豎直方向:fy?Δt+Fy×結(jié)合題意:fx=kvx,fy=kvy,F(xiàn)位移的關(guān)系有:vx×Δt=Δx=從P到Q,根據(jù)動能定理得:﹣fs總=解得:y=d,s總=故答案為:d;d;mv【點(diǎn)評】本題考查帶電粒子在磁場中的運(yùn)動的綜合,但粒子由于受到特殊情況的阻力,即阻力與速度成正比。這樣用動量定理,在x方向列微觀式,再求和,結(jié)合幾何關(guān)系可以得到結(jié)論。13.(2025春?思明區(qū)校級期中)某同學(xué)自制一電流表,其原理如圖所示。質(zhì)量為m的均勻細(xì)金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連,彈簧的勁度系數(shù)為k,在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,ab=L1,bc=L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針,可指示出標(biāo)尺上的刻度。MN的長度大于ab,當(dāng)MN中沒有電流通過且處于靜止時,MN與矩形區(qū)域的ab邊重合,且指針指在標(biāo)尺的零刻度;當(dāng)MN中有電流時,指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度。MN始終在紙面內(nèi)且保持水平,重力加速度為g。為使電流表正常工作,流過金屬桿的電流方向?yàn)镸→N(填“N→M”或“M→N”);該電流表所測電流的最大值為kL2B【考點(diǎn)】安培力作用下的受力平衡問題.【專題】定量思想;推理法;磁場磁場對電流的作用;推理論證能力.【答案】M→N;k【分析】根據(jù)電流與彈簧伸長量的關(guān)系分析刻度是否均勻。電流表正常工作,金屬桿向下移動,根據(jù)左手定則判斷電流的方向。求出當(dāng)金屬棒到達(dá)cd位置時導(dǎo)線中的電流,然后求出電流表的量程?!窘獯稹拷猓弘娏鞅硎緮?shù)為零時,金屬桿不受安培力,由平衡條件得mg=kx0解得x0x0為彈簧伸長量,不是彈簧的長度;當(dāng)電流為I時,安培力為FA=BIL1靜止時彈簧伸長量的增加量為Δx,有ΔF=kΔx可得Δx可見Δx∝I要使電流表正常工作,金屬桿應(yīng)向下移動,所受的安培力應(yīng)向下,由左手定則知金屬桿中的電流方向應(yīng)從M至N;令Δx=L2則有I=Im根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有BImL1=kL2解得I故電流表的量程為kL故答案為:M→N;k【點(diǎn)評】本題題意新穎,考查點(diǎn)巧妙,借助生活中的實(shí)際器材考查了物體平衡問題,正確進(jìn)行受力分析,然后根據(jù)平衡條件和胡克定律列方程是解題關(guān)鍵。四.解答題(共2小題)14.(2025春?重慶校級月考)如圖所示,電阻不計(jì)的兩平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)=1m,固定在傾角θ=53°的絕緣斜面上,下端接一電動勢E=12V、內(nèi)阻r=2Ω的電源。金屬導(dǎo)軌所在的區(qū)域加一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=4T的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直斜面向下?,F(xiàn)把一根質(zhì)量m=2.0kg的金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上,ab接入電路的電阻R=4Ω,當(dāng)開關(guān)閉合后ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。重力加速度g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:(1)金屬桿ab受到的安培力大小和方向;(2)金屬桿ab受到導(dǎo)軌的摩擦力大小和方向?!究键c(diǎn)】安培力作用下的受力平衡問題;牛頓第三定律的理解與應(yīng)用;用閉合電路的歐姆定律計(jì)算電路中的電壓、電流或電阻.【專題】定量思想;推理法;磁場磁場對電流的作用;推理論證能力.【答案】(1)金屬桿ab受到的安培力大小等于8N;方向垂直ab桿沿斜面向上;(2)金屬桿ab受到導(dǎo)軌的摩擦力大小等于8N;方向沿斜面向上。【分析】(1)由閉合電路的歐姆定律計(jì)算電流大小,根據(jù)安培力公式計(jì)算安培力大??;(2)對金屬桿,根據(jù)平衡條件計(jì)算摩擦力大小和方向?!窘獯稹拷猓海?)根據(jù)閉合電路歐姆定律I根據(jù)安培力大小公式,有F安=BIl=4×2×1N=8N方向垂直ab桿沿斜面向上;(2)對金屬桿ab受力分析如圖所示,根據(jù)沿斜面方向受力平衡有mgsinθ=F安+f解得f=mgsinθ﹣F安,解得f=8N方向沿斜面向上;答:(1)金屬桿ab受到的安培力大小等于8N;方向垂直ab桿沿斜面向上;(2)金屬桿ab受到導(dǎo)軌的摩擦力大小等于8N;方向沿斜面向上?!军c(diǎn)評】本題考查了磁場對電流的作用,根據(jù)題意分析清楚金屬棒的受力情況是解題的前提,應(yīng)用閉合電路的歐姆定律、安培力公式與平衡條件即可解題;解題時注意討論摩擦力的方向,這是易錯點(diǎn)。15.(2025?南開區(qū)二模)如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為r的圓形邊界,AB為其水平直徑,圓形邊界內(nèi)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場,過B點(diǎn)的豎直線BD與水平線BC間存在方向豎直向上、電場強(qiáng)度大小為E0(未知量)的勻強(qiáng)電場,P點(diǎn)是勻強(qiáng)電場中的某點(diǎn)。現(xiàn)讓電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子(不計(jì)重力)從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場,然后從B點(diǎn)離開勻強(qiáng)磁場,粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的軌跡圓的半徑為2r,粒子經(jīng)過一段時間t0從B點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)時速度恰好水平向右。求:(1)粒子從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場時速度v0的大小和從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用時間t;(2)勻強(qiáng)電場E0的大小和BP兩點(diǎn)間的電勢差UBP?!究键c(diǎn)】帶電粒子由磁場進(jìn)入電場中的運(yùn)動.【專題】定量思想;推理法;帶電粒子在電場中的運(yùn)動專題;帶電粒子在磁場中的運(yùn)動專題;分析綜合能力.【答案】(1)粒子從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場時速度v0的大小為2B0qrm,從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用時間(2)勻強(qiáng)電場E0的大小為rB0t0,BP兩點(diǎn)間的電勢差U【分析】(1)根據(jù)洛倫茲力提供向心力求粒子從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場時速度v0的大小,根據(jù)幾何關(guān)系和周期公式求從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用時間t;(2)由類平拋運(yùn)動的規(guī)律求勻強(qiáng)電場E0的大小,根據(jù)U=Ed求BP兩點(diǎn)間的電勢差UBP。【解答】解:(1)粒子在磁場中運(yùn)動,有B0解得v0如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系有sinθ=解得θ=30°粒子在磁場中運(yùn)動周期T=解得運(yùn)動時間為t=(2)粒子從B點(diǎn)離開磁場時,速度方向與水平線AB夾角為把B點(diǎn)的速度分解為水平方向和豎直方向,則有vy=v0sin30°,由類平拋運(yùn)動的規(guī)律可得vy=at0a=解得E0y=UBP=﹣yE0解得UBP答:(1)粒子從A點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場時速度v0的大小為2B0qrm,從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所用時間(2)勻強(qiáng)電場E0的大小為rB0t0,BP兩點(diǎn)間的電勢差U【點(diǎn)評】本題考查帶電粒子在電場和磁場的組合場中的運(yùn)動,要求學(xué)生能正確分析帶電粒子的運(yùn)動過程和運(yùn)動性質(zhì),熟練應(yīng)用對應(yīng)的規(guī)律解題。

考點(diǎn)卡片1.牛頓第二定律的簡單應(yīng)用【知識點(diǎn)的認(rèn)識】牛頓第二定律的表達(dá)式是F=ma,已知物體的受力和質(zhì)量,可以計(jì)算物體的加速度;已知物體的質(zhì)量和加速度,可以計(jì)算物體的合外力;已知物體的合外力和加速度,可以計(jì)算物體的質(zhì)量?!久}方向】一質(zhì)量為m的人站在電梯中,電梯加速上升,加速度大小為13g,gA、43mgB、2mgC、mgD分析:對人受力分析,受重力和電梯的支持力,加速度向上,根據(jù)牛頓第二定律列式求解即可。解答:對人受力分析,受重力和電梯的支持力,加速度向上,根據(jù)牛頓第二定律N﹣mg=ma故N=mg+ma=4根據(jù)牛頓第三定律,人對電梯的壓力等于電梯對人的支持力,故人對電梯的壓力等于43mg故選:A。點(diǎn)評:本題關(guān)鍵對人受力分析,然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解?!窘忸}方法點(diǎn)撥】在應(yīng)用牛頓第二定律解決簡單問題時,要先明確物體的受力情況,然后列出牛頓第二定律的表達(dá)式,再根據(jù)需要求出相關(guān)物理量。2.牛頓第三定律的理解與應(yīng)用【知識點(diǎn)的認(rèn)識】1.內(nèi)容:兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上.2.作用力與反作用力的“四同”和“三不同”:四同大小相同三不同方向不同【命題方向】題型一:牛頓第三定律的理解和應(yīng)用例子:關(guān)于作用力與反作用力,下列說法正確的是()A.作用力與反作用力的合力為零B.先有作用力,然后才產(chǎn)生反作用力C.作用力與反作用力大小相等、方向相反D.作用力與反作用力作用在同一個物體上分析:由牛頓第三定律可知,作用力與反作用力大小相等,方向相反,作用在同一條直線上,作用在兩個物體上,力的性質(zhì)相同,它們同時產(chǎn)生,同時變化,同時消失.解答:A、作用力與反作用力,作用在兩個物體上,效果不能抵消,合力不為零,故A錯誤.B、作用力與反作用力,它們同時產(chǎn)生,同時變化,同時消失,故B錯誤.C、作用力與反作用力大小相等、方向相反,作用在兩個物體上,故C正確.D、作用力與反作用力,作用在兩個物體上,故D錯誤.故選:C.點(diǎn)評:考查牛頓第三定律及其理解.理解牛頓第三定律與平衡力的區(qū)別.【解題方法點(diǎn)撥】應(yīng)用牛頓第三定律分析問題時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1)不要憑日常觀察的直覺印象隨便下結(jié)論,分析問題需嚴(yán)格依據(jù)科學(xué)理論.(2)理解應(yīng)用牛頓第三定律時,一定抓住“總是”二字,即作用力與反作用力的這種關(guān)系與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān).(3)與平衡力區(qū)別應(yīng)抓住作用力和反作用力分別作用在兩個物體上.3.牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問題【知識點(diǎn)的認(rèn)識】圓周運(yùn)動的過程符合牛頓第二定律,表達(dá)式Fn=man=mω2r=mv2r=【命題方向】我國著名體操運(yùn)動員童飛,首次在單杠項(xiàng)目中完成了“單臂大回環(huán)”:用一只手抓住單杠,以單杠為軸做豎直面上的圓周運(yùn)動.假設(shè)童飛的質(zhì)量為55kg,為完成這一動作,童飛在通過最低點(diǎn)時的向心加速度至少是4g,那么在完成“單臂大回環(huán)”的過程中,童飛的單臂至少要能夠承受多大的力.分析:運(yùn)動員在最低點(diǎn)時處于超重狀態(tài),由單杠對人拉力與重力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律求解.解答:運(yùn)動員在最低點(diǎn)時處于超重狀態(tài),設(shè)運(yùn)動員手臂的拉力為F,由牛頓第二定律可得:F心=ma心則得:F心=2200N又F心=F﹣mg得:F=F心+mg=2200+55×10=2750N答:童飛的單臂至少要能夠承受2750N的力.點(diǎn)評:解答本題的關(guān)鍵是分析向心力的來源,建立模型,運(yùn)用牛頓第二定律求解.【解題思路點(diǎn)撥】圓周運(yùn)動中的動力學(xué)問題分析(1)向心力的確定①確定圓周運(yùn)動的軌道所在的平面及圓心的位置.②分析物體的受力情況,找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力,該力就是向心力.(2)向心力的來源向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、彈力、摩擦力等各種力,也可以是幾個力的合力或某個力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加向心力.(3)解決圓周運(yùn)動問題步驟①審清題意,確定研究對象;②分析物體的運(yùn)動情況,即物體的線速度、角速度、周期、軌道平面、圓心、半徑等;③分析物體的受力情況,畫出受力示意圖,確定向心力的來源;④根據(jù)牛頓運(yùn)動定律及向心力公式列方程.4.用閉合電路的歐姆定律計(jì)算電路中的電壓、電流或電阻【知識點(diǎn)的認(rèn)識】閉合電路的歐姆定律的表達(dá)式為(1)I=(2)E=U內(nèi)+U外(3)U=E﹣Ir可以根據(jù)具體的問題選擇合適的公式計(jì)算電路的電壓、電流、電阻等參數(shù)?!久}方向】如圖所示的電路中,電源電動勢E=6V,電源的內(nèi)阻r=2Ω,電阻R1=3Ω,電阻R2=6Ω.當(dāng)閉合電鍵S后,流過R2的電流為()A、12AB、1AC、211AD、分析:根據(jù)閉合電路的歐姆定律求出通過電源的電流,再由并聯(lián)電路的特點(diǎn)知通過R2的電流。解答:R1,R2并聯(lián)后的電阻R=R1根據(jù)閉合電路的歐姆定律,流過電源的電流I=ER通過R1的電流為I2=R1R1+R2I故選:A。點(diǎn)評:本題主要考查了閉合電路歐姆定律的直接應(yīng)用,要求同學(xué)們能正確分析電路的結(jié)構(gòu),掌握并聯(lián)電阻的計(jì)算方法。【解題思路點(diǎn)撥】閉合電路的幾個關(guān)系式的對比5.通電直導(dǎo)線周圍的磁場【知識點(diǎn)的認(rèn)識】幾種常見的磁場如下:直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點(diǎn)無磁極、非勻強(qiáng),且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場,管外為非勻強(qiáng)磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極,且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn),磁場越弱安培定則本考點(diǎn)主要針對通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布【命題方向】如圖所示、導(dǎo)絨中通入由A向B的電流時,用輕繩懸掛的小磁針()A、不動B、N極向紙里,S極向紙外旋轉(zhuǎn)C、向上運(yùn)動D、N極向紙外,s極向紙里旋轉(zhuǎn)分析:根據(jù)安培定則可明確小磁針?biāo)谖恢玫拇艌龇较?,從而確定小磁針的偏轉(zhuǎn)方向。解答:根據(jù)安培定則可知,AB上方的磁場向外,則小磁針的N極向紙外,S極向紙里旋轉(zhuǎn),故D正確,ABC錯誤。故選:D。點(diǎn)評:本題考查安培定則的內(nèi)容,對于直導(dǎo)線,用手握住導(dǎo)線,大拇指指向電流方向,四指環(huán)繞的方向?yàn)榇艌龅姆较??!窘忸}思路點(diǎn)撥】1.電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系可以用安培定則(右手螺旋定則)來判斷。各種電流的磁場磁感線判斷方法如下:(1)直線電流:右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。(2)環(huán)形電流:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁場的方向。(3)通電螺線管:右手握住螺線管,讓彎曲的四指跟電流的方向一致,拇指所指的方向就是螺線管磁場的方向,或者說拇指所指的就是通電螺線管N極的方向。2.特別提醒(1)磁場是分布在立體空間的,(2)利用安培定則不僅可以判斷磁場的方向,還可以根據(jù)磁場的方向判斷電流的方向。(3)應(yīng)用安培定則判定直線電流時,四指所指的方向是導(dǎo)線之外磁場的方向;判定環(huán)形電流和通電螺線管電流時,拇指的指向是線圈軸線上磁場的方向。(4)環(huán)形電流相當(dāng)于小磁針,通電螺線管相當(dāng)于條形磁鐵,應(yīng)用安培定則判斷時,拇指所指的一端為它的N極。6.兩根通電導(dǎo)線之間的作用力【知識點(diǎn)的認(rèn)識】兩根通電導(dǎo)線之間存在作用力,作用規(guī)律為同向電流相互排斥,異向電流相互吸引。證明:如圖所示兩根個導(dǎo)線中,通有同向電流根據(jù)安培定則可知左側(cè)電流在右側(cè)導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場垂直紙面向里,對右側(cè)導(dǎo)線分析,根據(jù)左手定則,可知右側(cè)電流受到的安培力水平向右,同理可得,右側(cè)電流對左側(cè)導(dǎo)線的作用力向左。同樣的方法可以證明異向電流間的安培力指向彼此,即相互吸引?!久}方向】如圖所示,兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同方向相反的電流,a受到的磁場力大小為F1,當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后,a受到的磁場力大小變?yōu)镕2,則此時b受到的磁場力大小變?yōu)椋ǎ〢、F2B、F1﹣F2C、F1+F2D、2F1﹣F2分析:當(dāng)兩根通大小相同方向相反的電流時,a受到的一個F1磁場力,然后再加入一勻強(qiáng)磁場,則a受到F2磁場力.則此時b受到的磁場力大小與a相同,方向相反.解答:如圖所示,兩根長直線,電流大小相同,方向相反。則a受到b產(chǎn)生磁場的作用力向左大小為F1,那么b受到a產(chǎn)生磁場的作用力向右大小為F1′,這兩個力大小相等,方向相反。當(dāng)再加入勻強(qiáng)磁場時產(chǎn)生的磁場力大小為F0,則a受到作用力為F2=F1+F0,或F2=F1﹣F0而對于b由于電流方向與a相反,所以b受到作用力為F2′=F1+F0,或F2′=F1﹣F0,這兩個力大小相等,方向相反。將F1=F2﹣F0,或F1=F2+F0代入F2′=F1+F0,或F2′=F1﹣F0,可得,F(xiàn)2′=F2;故A正確,BCD錯誤;故選:A。點(diǎn)評:當(dāng)沒有加入勻強(qiáng)磁場時,兩根通電直導(dǎo)線的作用力是相互;當(dāng)加入勻強(qiáng)磁場時,兩根通電直導(dǎo)線的作用力仍是相互【解題思路點(diǎn)撥】可以通過安培定則與左手定則得出同向電流相互排斥,異向電流相互吸引的結(jié)論。7.安培力的計(jì)算公式及簡單應(yīng)用【知識點(diǎn)的認(rèn)識】如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,垂直磁場放置的長度為l的導(dǎo)體,所通電流為I,導(dǎo)體所受的安培力大小為F=BIl;若將導(dǎo)體轉(zhuǎn)過90°,即電流與磁場平行,此時導(dǎo)體所受的安培力的大小為F=0.2.如圖所示,當(dāng)電流方向與磁場方向夾角為θ時,安培力的大小為F=BIlsinθ【命題方向】一根長0.20m、通有2.0A電流的通電直導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.50T的勻強(qiáng)磁場中,受到的最大安培力是多少?分析:當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場垂直時,導(dǎo)線所受的磁場力最大;根據(jù)安培力的公式計(jì)算安培力的大?。獯穑寒?dāng)通電導(dǎo)線與磁場垂直時,導(dǎo)線所受的磁場力最大,為:Fmax=BIL=0.50×2.0×0.20N=0.2N答:受到的最大安培力是0.2N.點(diǎn)評:本題只要掌握安培力大小的計(jì)算公式F=BILsinα,就能正確解答,基本題.【解題思路點(diǎn)撥】1、電流方向與磁場方向平行時,導(dǎo)線不受安培力的作用。2、電流方向與磁場方向垂直時,導(dǎo)線受到安培力的大小為F=BIl。3、電流方向與磁場方向夾角為θ時,導(dǎo)線受到安培力的大小為F=BIlsinθ。8.安培力作用下的受力平衡問題【知識點(diǎn)的認(rèn)識】安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題模型中,常見的有傾斜導(dǎo)軌、導(dǎo)體棒、電源和電阻等組成,一般解題思路如下。【命題方向】如圖所示,兩傾角為θ的光滑平行導(dǎo)軌,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直放在導(dǎo)軌上,整個空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場。現(xiàn)導(dǎo)體棒中通有由a到b的恒定電流,使導(dǎo)體棒恰好保持靜止。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)體棒中電流為I,重力加速度大小為g,忽略一切摩擦,則此時平行導(dǎo)軌間距為()A、mgBIB、mgcosθBIC、mgtanθBI分析:根據(jù)左手定則分析安培力的方向,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求解平行導(dǎo)軌間距。解答:磁場方向豎直向上,由左手定則可知,安培力水平向右,對導(dǎo)體棒受力分析如圖所示由共點(diǎn)力的平衡條件得:BIL=mgtanθ解得:L=mgtanθBI,故ABD故選:C。點(diǎn)評:對于有關(guān)安培力的平衡問題研究思路常常從力的角度分析,重點(diǎn)是判斷安培力作用下導(dǎo)體棒的方向問題,根據(jù)平衡條件列出方程?!窘忸}思路點(diǎn)撥】1.有安培力參與的物體平衡與前面所講的物體平衡一樣,也是利用共點(diǎn)力的平衡條件解題。2.與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目,主要應(yīng)用:①閉合電路的歐姆定律;②安培力公式F=IlB;③共點(diǎn)力的平衡條件(或牛頓第二定律)。3.在安培力作用下的物體平衡和動力學(xué)問題解題步驟:先進(jìn)行受力分析,再根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律列出方程,重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力。9.電磁炮【知識點(diǎn)的認(rèn)識】電磁炮是以安培力為動力發(fā)射炮彈的一種裝置。如圖是一種簡化的電磁炮原理圖:設(shè)炮彈所受到安培力大小為F=BIl,從開始加速到離開加速軌道運(yùn)動的距離為x,離開加速軌道時的速度為v。不考慮任何阻力時,根據(jù)動能定理BIlx=以此可以求出電磁炮射出瞬間的速度。并且通過控制磁場、電流等因素可以很容易使炮彈獲得較高的速度。根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理,人們研制出一種新型的炮彈發(fā)射裝置﹣﹣電磁炮,它的基本原理如圖所示,下列結(jié)論中正確的是()A、要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射,必須通以自N向M的電流B、要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大電流C、使電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向同時反向,炮彈的發(fā)射方向亦將隨之反向D、要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度分析:正確應(yīng)用左手定則是解答本題的關(guān)鍵,在應(yīng)用時為防止手忙腳亂,可以先讓四指和電流方向一致,然后通過旋轉(zhuǎn)手讓磁感線穿過手心,從而進(jìn)一步確定大拇指的指向即安培力方向.其大小由公式F=BIL可知.解答:A、要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射,即為安培力作用,根據(jù)左手定則可知,必須通以自M向N的電流。故A錯誤;BD、要想提高炮彈的發(fā)射速度,即增大安培力的大小,所以可適當(dāng)增大電流或磁感應(yīng)強(qiáng)度。故B正確,D正確;C、若使電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向同時反向,則安培力方向不變,所以炮彈的發(fā)射方向不變,故C錯誤。故選:BD。點(diǎn)評:要熟練應(yīng)用左手定則判斷安培力方向一定平時多加練習(xí),同時注意磁場、電流方向的表示方法.電磁炮就是在安培力的作用下運(yùn)動.【解題思路點(diǎn)撥】安培力的綜合應(yīng)用一般有兩種情形:一是安培力作用下導(dǎo)體的平衡和加速問題;二是與安培力有關(guān)的功能關(guān)系問題.處理問題時,需弄清楚電流所在處的磁場分布情況,要做好受力分析,搞清物體的受力情況,然后利用牛頓運(yùn)動定律或者功能關(guān)系求解.在受力分析時,有時要把立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖(如例2),即三維變二維.轉(zhuǎn)換時要標(biāo)明B的方向,以便確定安培力的方向.10.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動【知識點(diǎn)的認(rèn)識】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1.若v∥B,帶電粒子不受洛倫茲力,在勻強(qiáng)磁場中做勻速直線運(yùn)動.2.若v⊥B,帶電粒子僅受洛倫茲力作用,在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動.3.半徑和周期公式:(v⊥B)【命題方向】如圖所示,MN是勻強(qiáng)磁場中的一塊薄金屬板,帶電粒子(不計(jì)重力)在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動并穿過金屬板,虛線表示其運(yùn)動軌跡,由圖知()A、粒子帶負(fù)電B、粒子運(yùn)動方向是abcdeC、粒子運(yùn)動方向是edcbaD、粒子在上半周所用時間比下半周所用時間長分析:由半徑的變化可知粒子運(yùn)動方向;由軌跡偏轉(zhuǎn)方向可知粒子的受力方向,則由左手定則可判斷粒子的運(yùn)動方向,由圓周對應(yīng)的圓心角及周期公式可知時間關(guān)系。解答:ABC、帶電粒子穿過金屬板后速度減小,由r=mvqB軌跡半徑應(yīng)減小,故可知粒子運(yùn)動方向是粒子所受的洛倫茲力均指向圓心,故粒子應(yīng)是由下方進(jìn)入,故粒子運(yùn)動方向?yàn)閑dcba,則粒子應(yīng)帶負(fù)電,故B錯誤,AC正確;D、由T=2πmqB可知,粒子運(yùn)動的周期和速度無關(guān),而上下均為半圓,故所對的圓心角相同,故粒子的運(yùn)動時間均為T故選:AC。點(diǎn)評:本題應(yīng)注意觀察圖形,圖形中隱含的速度關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵,明確了速度關(guān)系即可由左手定則及圓的性質(zhì)求解?!窘忸}方法點(diǎn)撥】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動的分析方法.11.帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動【知識點(diǎn)的認(rèn)識】1.帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動的兩種情形(1)直線邊界(2)平行邊界2.帶電粒子在有界磁場中的常用幾何關(guān)系(1)四個點(diǎn):分別是入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、軌跡圓心和入射速度直線與出射速度直線的交點(diǎn).(2)三個角:速度偏轉(zhuǎn)角、圓心角、弦切角,其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角,也等于弦切角的2倍.3.常見的解題思路(1)圓心的確定①由兩點(diǎn)和兩線確定圓心,畫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡.確定帶電粒子運(yùn)動軌跡上的兩個特殊點(diǎn)(一般是射入和射出磁場時的兩點(diǎn)),過這兩點(diǎn)作帶電粒子運(yùn)動方向的垂線(這兩垂線即為粒子在這兩點(diǎn)所受洛倫茲力的方向),則兩垂線的交點(diǎn)就是圓心,如圖(a)所示.②若只已知過其中一個點(diǎn)的粒子運(yùn)動方向,則除過已知運(yùn)動方向的該點(diǎn)作垂線外,還要將這兩點(diǎn)相連作弦,再作弦的中垂線,兩垂線交點(diǎn)就是圓心,如圖(b)所示.③若只已知一個點(diǎn)及運(yùn)動方向,也知另外某時刻的速度方向,但不確定該速度方向所在的點(diǎn),如圖(c)所示,此時要將其中一速度的延長線與另一速度的反向延長線相交成一角(∠PAM),畫出該角的角平分線,它與已知點(diǎn)的速度的垂線交于一點(diǎn)O,該點(diǎn)就是圓心.(2)半徑的確定方法一:由物理方程求:半徑R=mv方法二:由幾何方程求:一般由數(shù)學(xué)知識(勾股定理、三角函數(shù)等)計(jì)算來確定.(3)時間的確定由t=θ2πT確定通過某段圓弧所用的時間,其中T【命題方向】如圖所示,粒子a、b以相同的動能同時從O點(diǎn)射入寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場,兩粒子的入射方向與磁場邊界的夾角分別為30°和60°,且同時到達(dá)P點(diǎn),OP垂直于磁場邊界。a、b兩粒子的質(zhì)量之比為()A、1:2B、2:1C、3:4D、4:3分析:求解本題的關(guān)鍵是畫出來粒子的軌跡圖,并確定圓心、求出半徑和圓心角,然后根據(jù)動能相等的條件以及相等的運(yùn)動時間并結(jié)合圓周運(yùn)動公式聯(lián)立即可求解。解答:根據(jù)題意畫出a、b粒子的軌跡如圖所示,則a、b粒子的圓心分別是O1和O2,設(shè)磁場寬度為d,由圖可知,粒子a的半徑ra=d2sin60°=d3a粒子軌跡長度為sa=2×60b粒子的軌跡長度為sb=2×30又有:va=sa解得:v由12mava2=12故選:C。點(diǎn)評:求解有關(guān)帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動問題的關(guān)鍵是畫出軌跡圖,并根據(jù)幾何知識確定圓心求出半徑和圓心角,再結(jié)合圓周運(yùn)動的有關(guān)規(guī)律聯(lián)立即可求解?!窘忸}思路點(diǎn)撥】由于帶電粒子往往是在有界磁場中運(yùn)動,粒子在磁場中只運(yùn)動一段圓弧就飛出磁場邊界,其軌跡不是完整的圓,因此,此類問題往往要根據(jù)帶電粒子運(yùn)動的軌跡作相關(guān)圖去尋找?guī)缀侮P(guān)系,分析臨界條件,然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和相應(yīng)物理規(guī)律分析求解.(1)兩種思路①以定理、定律為依據(jù),首先求出所研究問題的一般規(guī)律和一般解的形式,然后再分析、討論臨界條件下的特殊規(guī)律和特殊解;②直接分析、討論臨界狀態(tài),找出臨界條件,從而通過臨界條件求出臨界值.(2)兩種方法物理方法:①利用臨界條件求極值;②利用問題的邊界條件求極值;③利用矢量圖求極值.?dāng)?shù)學(xué)方法:①利用三角函數(shù)求極值;②利用二次方程的判別式求極值;③利用不等式的性質(zhì)求極值;④利用圖象法等.(3)從關(guān)鍵詞中找突破口:許多臨界問題,題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語對臨界狀態(tài)給以暗示.審題時,一定要抓住這些特定的詞語挖掘其隱藏的規(guī)律,找出臨界條件.12.帶電粒子由磁場進(jìn)入電場中的運(yùn)動【知識點(diǎn)的認(rèn)識】1.帶電粒子在電場、磁場組合場中的運(yùn)動是指粒子從電場到磁場,或從磁場到電場的運(yùn)動。通常按時間的先后順序分成若干個小過程,在每一運(yùn)動過程中從粒子的受力性質(zhì)、受力方向和速度方向的關(guān)系入手,分析運(yùn)動性質(zhì)。2.一般的分析思路為:(1)劃分過程:將粒子運(yùn)動的過程劃分為幾個不同的階段,對不同的階段選取相應(yīng)的規(guī)律處理。(2)找關(guān)鍵:確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度(包括大小和方向)是解決該類問題的關(guān)鍵,(3)畫運(yùn)動軌跡:根據(jù)受力分析和運(yùn)動分析大致畫出粒子的運(yùn)動軌跡圖,有利于形象、直觀地解決問題。3.本考點(diǎn)旨在針對粒子從磁場進(jìn)入電場的情況?!久}方向】如圖所示,一個質(zhì)量為m=2.0×10﹣11kg,電荷量q=+1.0×10﹣5C的帶電微粒(重力忽略不計(jì)),從靜止開始經(jīng)U1=100V電場加速后,水平進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場,偏轉(zhuǎn)電場的電壓U2=50V.金屬板長L=20cm,兩板間距d=53cm(1)微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時的速度v0大小;(2)微粒射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角θ;(3)若該勻強(qiáng)磁場的寬度D=10cm,為使微粒不會從磁場右邊射出,則該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少多大?分析:(1)粒子在加速電場中,電場力做功,由動能定理求出速度v0。(2)粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,做類平拋運(yùn)動,運(yùn)用運(yùn)動的合成與分解求出偏轉(zhuǎn)角。(3)粒子進(jìn)入磁場后,做勻速圓周運(yùn)動,結(jié)合條件,畫出軌跡,由幾何知識求半徑,再求B。解答:(1)粒子在加速電場中運(yùn)動過程,由動能定理,得qU1=解得,v0=2qU(2)粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動,則有加速度a=t=Lv0,v則tanθ=將上述各式代入得到tanθ=θ=30°(3)粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動,速度大小為v=畫出軌跡如圖,根據(jù)幾何知識,得D=r+rsinθr=又由qvB=mv解得B=代入數(shù)據(jù)解得,B=0.346T答:(1)微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時的速度v0大小1×104m/s;(2)微粒射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角θ=30°;(3)為使微粒不會從磁場右邊射出,該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為0.346T。點(diǎn)評:本題是帶電粒子在組合場中運(yùn)動的問題,關(guān)鍵是分析粒子的受力情況和運(yùn)動情況,用力學(xué)的方法處理?!窘忸}思路點(diǎn)撥】解決帶電粒子在組合場中的運(yùn)動問題的方法13.與加速電場相結(jié)合的質(zhì)譜儀【知識點(diǎn)的認(rèn)識】本考點(diǎn)旨在針對粒子先經(jīng)過加速電場加速再進(jìn)入質(zhì)譜儀的情況。1.質(zhì)譜儀示意圖如下2.質(zhì)譜儀的作用:分析粒子的性質(zhì),測定粒子的質(zhì)量,研究同位素。3.質(zhì)譜儀例的相關(guān)參數(shù):(1)加速電場中:qU=1(2)偏轉(zhuǎn)磁場中:Bqv=m(3)軌跡半徑:R=1(4)照相底片上間距;d=2ΔR。【命題方向】質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構(gòu)造原理如圖所示.離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零),經(jīng)加速電場(加速電場極板間的距離為d、電勢差為U)加速,然后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動,最后到達(dá)記錄它的照相底片P上.設(shè)離子在P上的位置與入口處S1之間的距離為x.(1)求該離子的荷質(zhì)比qm(2)若離子源產(chǎn)生的是帶電量為q、質(zhì)量為m1和m2的同位素離子(m1>m2),它們分別到達(dá)照相底片上的P1、P2位置(圖中未畫出),求P1、P2間的距離Δx.分析:(1)根據(jù)粒子在磁場中的運(yùn)動半徑,通過半徑公式求出粒子的速度,再根據(jù)動能定理得出粒子的比荷.(2)根據(jù)動能定理、半徑公式求出粒子打到照相機(jī)底片上位置與入口處的距離,從而求出P1、P2間的距離Δx.解答:(1)離子在電場中加速,由動能定理得:qU=12mv2離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,由牛頓第二定律得:qBv=mv2由①②式可得:q(2)由①②式可得粒子m1在磁場中的運(yùn)動半徑是r1,則:r對離子m2,同理得:r∴照相底片上P1、P2間的距離:Δx=2(r1﹣r2)=2答:(1)求該離子的荷質(zhì)比qm(2)P1、P2間的距離Δx=2點(diǎn)評:本題考查了帶電粒子在電場中的加速和在磁場中的偏轉(zhuǎn),結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式綜合求解.【解題思路點(diǎn)撥】明

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