题目
2-7 一细长载流直导线通有电流I,导线上还带有线-|||-电荷密度为λ的净电荷。一带电粒子在距此导线r处平-|||-行于导线以速度v作直线运动。设粒子只受电磁力作-|||-用,则当导线内电流变为 时,粒子仍作直线运动-|||-的条件是-|||-4 使导线上净电荷密度增大一倍;-|||-将粒子电荷增加一倍; I U-|||-F F-|||-加上平行于导线的外磁场;-|||-将粒子速率加倍。
题目解答
答案
【解析】
电流周围存在磁场，根据安培定则可知，导线右侧的磁场方向是垂直纸面向里的，根据所给图示可知粒子受到向右的电荷排斥力，所以粒子带正电，带正电的粒子在磁场中运动受到洛伦兹力作用,根据左手定则可以判断出粒子受到的洛伦兹力的方向是向左的，则当导线内电流变为$\frac{I}{2}$时，要使粒子仍作直线运动，必须把粒子受到的向左的力增加一倍,根据洛伦兹力公式$F=qvB$可知，符合条件的只有BD,故AC错误，BD正确。
【答案】
BD
解析
步骤 1：分析粒子受力情况
粒子在导线附近受到两个力的作用：一个是由于导线上的电荷产生的电场力，另一个是由于导线中的电流产生的磁场力。由于粒子作直线运动，这两个力必须相互平衡。
步骤 2：确定电场力和磁场力的方向
根据题目描述，粒子受到的电场力是排斥力，因此粒子带正电。根据左手定则，粒子受到的磁场力方向与电场力方向相反，即向左。
步骤 3：分析电流变化对粒子运动的影响
当导线内电流变为$\frac{I}{2}$时，磁场强度减小，粒子受到的磁场力减小。为了使粒子仍作直线运动，必须增加粒子受到的电场力或磁场力，使其与减小的磁场力平衡。
步骤 4：分析选项
A. 使导线上净电荷密度增大一倍：电场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。
B. 将粒子电荷增加一倍：电场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。
C. 加上平行于导线的外磁场：外磁场不会改变粒子受到的磁场力方向，因此不能平衡减小的磁场力。
D. 将粒子速率加倍：磁场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。
粒子在导线附近受到两个力的作用：一个是由于导线上的电荷产生的电场力，另一个是由于导线中的电流产生的磁场力。由于粒子作直线运动，这两个力必须相互平衡。
步骤 2：确定电场力和磁场力的方向
根据题目描述，粒子受到的电场力是排斥力，因此粒子带正电。根据左手定则，粒子受到的磁场力方向与电场力方向相反，即向左。
步骤 3：分析电流变化对粒子运动的影响
当导线内电流变为$\frac{I}{2}$时，磁场强度减小，粒子受到的磁场力减小。为了使粒子仍作直线运动，必须增加粒子受到的电场力或磁场力，使其与减小的磁场力平衡。
步骤 4：分析选项
A. 使导线上净电荷密度增大一倍：电场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。
B. 将粒子电荷增加一倍：电场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。
C. 加上平行于导线的外磁场：外磁场不会改变粒子受到的磁场力方向，因此不能平衡减小的磁场力。
D. 将粒子速率加倍：磁场力增大一倍，可以平衡减小的磁场力。