高中物理选修31磁场单元测试卷.doc

磁场
一、单选题
1. 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现：把一条导线平行地放在小磁针的正上方附近，当导线中通有电流时，小磁针会发生偏转，如图所示这个实验现象说明

A. 电流具有磁效应 B. 电流具有热效应
C. 电流具有化学效应 D. 电流改变了小磁针的磁极
2. 如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线通以图示方向的电流时，电流所产生的磁场的磁感应强度在导线所在平面内的哪个区域内可能出现为零的位置

A. 区域Ⅰ、区域Ⅲ B. 区域Ⅱ、区域Ⅳ
C. 区域Ⅱ、区域Ⅲ D. 区域Ⅰ、区域Ⅳ
3. 磁场中某区域的磁感线如图所示，则( )

A. a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞Bb
B. a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb
C. 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大
D. 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
4. 三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上，如图所示为其截面图，电流方向如图，若每根导线的电流均为I，每根直导线单独存在时，在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B，则三根导线同时存在时的磁感应强度大小为（　　）
A. 0 B. B C. B D. 2B
5. 在磁感应强度为2.0×10-2T的匀强磁场中，放一个面积是5.0×10-2m2的导线环。当环面与磁场方向垂直时，穿过导线环的磁通量等于
A. 4.0×10-3Wb B. 2.5×10-3Wb
C. 1.5×10-3Wb     　 D. 1.0×10-3Wb
6. 如图所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。若仅将导线中的电流增大为原来的2倍，则导线受到安培力的大小将变为原来的（　　）
A. 倍 B. 4倍 C. 倍 D. 2倍
7. 如图为洛伦兹力演示仪的结构图．励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直．电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节．下列说法正确的是（）

A. 励磁线圈中的电流为顺时针方向
B. 仅提高电子枪的加速电压，电子束径迹的半径变大
C. 仅增大励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期将变大
D. 仅提高电子枪的加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
8. 从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，成为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用。如图为地磁场对宇宙射线作用的示意图。现有来自宇宙的一束质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时将（　　）
A. 竖直向下沿直线射地面 B. 相对于预定地点向东偏转
C. 相对于预定地点稍向西偏转 D. 相对于预定地点稍向北偏转
9. 如图，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）．一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O．已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变．不计粒子重力．铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为（　　）
A. 1 B. C. 2 D.
10. 如图所示，一个带负电的物体，从固定的粗糙斜面顶端沿斜面滑到底端时的速度为v，若加上一个垂直纸面向外的匀强磁场，则物体沿斜面滑到底端时的速度将（　　）
A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不能确定
二、多选题
11. 如图所示，一金属直棒MN两端接有细导线，悬挂于线圈的正上方，MN与线圈轴线处于同一竖直平面内，为了使MN垂直纸面向里运动，可能采用的办法是（　　）

A. 将a、c端接在电源的正极，b、d接在电源的负极
B. 将b、d端接在电源的正极，a、c接在电源的负极
C. 将a、d端接在电源的正极，b、c接在电源的负极
D. 将b、d端用导线连接起来，a端接电源的正极，c接在电源的负极
12. 光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L=20cm的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量m=60g，电阻R=1Ω、长为L的导体棒ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时，细线与垂直方向成θ=53°角，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导轨电阻不计，sin53°=0.8，g=10m/s2，则（　　）

A. 磁场方向一定竖直向下
B. 电源电动势E=3.0V
C. 导体棒在摆动过程中所受安培力F=3N
D. 导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048J
13. 如图所示，在匀强磁场B的区域内有一光滑倾斜金属导轨，倾角为θ，导轨间距为L，在其上垂直导轨放置一根质量为m的导线，接以如图所示的电源，电流强度为I，通电导线恰好静止，则匀强磁场的磁感强度必须满足一定条件，下述所给条件正确的是（　　）
A. B=，方向垂直斜面向上 B. B=，方向垂直斜面向下
C. B=，方向沿斜面水平向左 D. B=，方向竖直向上
14. 1932年劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器由两个铜质D形盒构成，盒间留有缝隙，加高频电源，中间形成交变的电场，D形盒装在真空容器里，整个装置放在与盒面垂直的匀强磁场B中。若用回旋加速器加速质子，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（　　）

A. 质子动能增大是由于洛伦兹力做功
B. 质子动能增大是由于电场力做功
C. 质子速度增大，在D形盒内运动的周期变大
D. 质子速度增大，在D形盒内运动的周期不变
15. 图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强方向的说法中，正确的是（）
A. 方向向上
B. 方向向下
C. 粒子带何种电荷未知所以场强方向无法确定
D. 粒子无论带何种电荷都能确定场强方向
三、计算题
16. 万磁王是是美国漫威漫画旗下的超级反派，擅于利用磁场控制金属进行攻击。他在X战警中控制的物品不乏非铁类的金属制品，从物理学角度分析，这应该是利用了安培力的原理。假设万磁王某次操控匀强磁场的磁感应强度B=0.4T方向垂直纸面向里。长L=0.2m的直铜棒ab水平放置在磁场中并与磁场方向垂直，其中通有I=1.0A、方向从a到b的电流。

（1）判断导线ab所受安培力的方向（答“竖直向上”或“竖直向下”）；
（2）求导线ab所受安培力F的大小。

17. 如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，相距2m并处于竖直向上的磁感应强度为B=0.75T的匀强磁场中，一根质量为3.0kg的金属棒放在导轨上且与导轨垂直．当金属棒中通如图所示的电流为5A时，金属棒恰好做匀速直线运动，求：(g取10m/s2)

（1）导轨与金属棒间动摩擦因素；
（2）若只改变电流的大小，使电流增加到9A时，金属棒将获得多大的加速度；
（3）若只改变磁感应强度的大小和方向，使金属棒静止在导轨上并且与导轨之间无挤压，则所加磁场的磁感应强度大小和方向？

18. 如图所示，MN表示真空室中垂直于纸面放置的感光板，它的一侧有方向垂直于纸面向里匀强磁场．一个质量为m，电荷量为q的带电粒子从感光板上的狭缝O处以垂直于感光板的初速度v射入磁场区域，最后到达感光板上的P点．经测量P、O间的距离为L，不计带电粒子受到的重力．求：
（1）该粒子带正电还是负电？
（2）带电粒子由O运动到P所用的时间t；
（3）匀强磁场的磁感应强度B．

答案和解析
1.【答案】A
【解析】
【分析】
本题是电流的磁效应实验，首先是由奥斯特观察到这个实验现象，从而即可求解；
解题关键是要了解物理学史，电流磁效应的发现，揭开了人类研究电与磁之间联系的序幕，奥斯特的成就要记牢。
【解答】
当导线中有电流时，小磁针会发生偏转，说明电流会产生能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应，首先是由丹麦物理学家奥斯特观察到这个实验现象；故A正确，BCD错误。
故选A。
2.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查通电直导线周围的磁场，当导线通电后，可根据安培定则来确定磁场的方向；通电导线处于磁场中要受到安培力作用，根据左手定则可确定出电流方向、磁场方向与安培力方向的关系。 
由安培定则可得电流周围磁场的方向，再由磁场叠加可确定合磁场的方向。
【解答】
两根非常靠近且相互垂直的长直导线，当通上如图所示方向上电流时，根据安培定则可得： 
电流方向水平向左的直导线在区域I、区域II磁场方向垂直纸面向里，在区域III、区域IV磁场方向垂直纸面向外， 电流方向竖直向上的直导线在区域I、区域IV磁场方向垂直纸面向里，在区域II、区域III磁场方向垂直纸面向外， 所以根据的磁场的叠加原理，可得：磁感应强度在区域II、区域IV里内可能出现为零的位置，故B正确，ACD错误。   
故选B​。
3.【答案】A
【解析】
【分析】
磁场是一种特殊物质形态，既看不见又摸不着，因此引入磁感线来帮助我们理解磁场，磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向表磁场的方向，而小段通电导线放在磁场中有磁场力作用，但要注意放置的角度。
本题要求能明确磁感线的性质，知道磁感线的疏密程度来表示磁感应强度的大小，密的地方磁感应强度大，疏的地方磁感应强度小，这些特点和电场中的电场强度的方向和大小非常类似；同时还要明确安培力的大小与磁场强弱、电流大小以及放置夹角均有关。
【解答】
AB.磁感线的疏密表示磁场的强弱；a处的磁感线比b处密，则a点磁感强度比b点大，Ba＞Bb，故A正确，B错误；
CD.当将一小段通电导线放入磁场时，安培力的大小与夹角有关，故无法比较通电导线在两处的安培力大小，故CD错误。
故选A。
4.【答案】D
【解析】
解：根据安培定则判断得知：三根导线在O点产生的磁感应强度的方向分别为：上面导线产生的B方向水平向左，大小为B；
下面左边导线产生的B方向斜向左上方，与水平成60°角，
下面右边导线产生的B方向斜向右上方，与水平成60°角，
则根据平行四边形定则进行合成可知，下面两根导线产生的合场强大小为B，方向水平向左，所以三根导线同时存在时的磁感应强度大小为2B，方向水平向左。
故选：D。
三角形中心O点到三根导线的距离相等．根据安培定则判断三根导线在O点产生的磁感应强度的方向，根据平行四边形定则进行合成，求出三根导线同时存在时的磁感应强度大小．
本题首先运用安培定则判断B的方向，其次要利用平行四边形定则进行合成，同时要利用好几何关系．
5.【答案】D
【解析】
【分析】
通过线圈的磁通量可以根据进行求解，θ为线圈平面与磁场方向的夹角；
解决本题的关键掌握磁通量的公式，知道当线圈平面与磁场平行时，磁通量为0，当线圈平面与磁场方向垂直时，磁通量最大。
【解答】
当线圈绕00′轴转动至与磁场方向垂直时，穿过线圈平面的磁通量变大；Φ=BS=2.0×10-2×5.0×10-2​Wb=1.0×10-3Wb；故D正确；故ABC错误。
故选D。

6.【答案】D
【解析】
解：根据F=BIL得，原来电流受到的安培力为F=BIL；电流增大为原来的2倍，其他条件不变时则安培力也增大为原来的2倍。故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
当电流与磁场垂直时，F=BIL，根据该公式判断安培力大小的变化。
解决本题的关键掌握安培力的大小公式，知道当电流与磁场垂直时，安培力的计算公式为F=BIL。
7.【答案】B
【解析】
【分析】
根据动能定理表示出加速后获得的速度，然后根据洛伦兹力提供向心力推导出半径的表达式，即可判断电子束的半径的变化 ；由周期公式来判断电子做圆周运动的周期的变化。
本题考查了粒子在磁场中运动在实际生活中的应用，正确分析出仪器的原理是关键。
【解答】
根据电子所受洛伦兹力的方向结合右手定则判断励磁线圈中电流方向是顺时针方向，电子在加速电场中加速，由动能定理有：
  (1)，
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有：  (2)
解得：​   (3)
而     (4)
可见增大励磁线圈中的电流，电流产生的磁场增强，由(3)式可得，电子束的轨道半径变小．由④式知周期变小，故AC错误；
提高电子枪加速电压，电子束的轨道半径变大、周期不变，故B正确,D错误；
故选B。

8.【答案】B
【解析】
解：质子流的方向从上而下射向地球表面，地磁场方向在赤道的上空从南指向北，根据左手定则，洛伦兹力的方向向东，所以质子向东偏转，故B正确，A、C、D错误。
故选：B。
质子流带正电，地磁场的方向在赤道的上空从南指向北，根据左手定则判断出质子流所受洛伦兹力的方向。
解决本题的关键掌握地磁场的方向，以及会运用左手定则判断洛伦兹力的方向。
9.【答案】D
【解析】
解：由动能公式：，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动洛仑兹力提供向心力得：，联立可得：，上下磁场磁感应强度之比为，所以选项ABC错误，选项D正确．
故选：D
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力，从而求出磁感应强度的表达式．结合动能Ek=，最终得到关于磁感应强度B与动能Ek  的关系式，从关系式及题设条件--带电粒子在穿越铝板时减半，就能求出上下磁感应强度之比．
本题考察的是带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的问题，所加上的条件是带电粒子穿越金属铝板时动能减半，而质量、电量不变，从而知道速度的变化．由半径公式最终确定上下磁感应强度之比．
10.【答案】B
【解析】
解：未加磁场时，根据动能定理，有：
mgh-Wf=-0
加磁场后，多了洛伦兹力，洛伦兹力不做功。根据左手定则，带负电的物块受到的洛伦兹力的方向向下，所以物体对斜面的压力增大，所以摩擦力变大，摩擦力做的功变大，根据动能定理有：
mgh-Wf′=mv′2-0，
Wf′＞Wf，
所以v′＜v，故B正确，A、C、D错误。
故选：B。
未加磁场时，滑块受到重力、支持力，摩擦力，加磁场后，根据左手定则，多了一个垂直斜面向上的洛伦兹力。两种情况重力做功相同，洛伦兹力不做功，但加磁场时对斜面的正压力变小，摩擦力变小，克服摩擦力做功变少，根据动能定理，即可比较出两种情况到达底端的速率。
解决本题的关键两次运用动能定理，两种情况重力功相同，多了磁场后多了洛伦兹力，洛伦兹力不做功，但导致摩擦力变大，即两种情况摩擦力做功不同，从而比较出到达底端的速率。
11.【答案】AB
【解析】
解：A、将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极，根据安培定则可知，线圈产生的磁场方向向下，再根据左手定则可知MN受到的安培力向里，则MN垂直纸面向里运动，故A正确。
B、将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极，根据安培定则可知，线圈产生的磁场方向向上，再根据左手定则可知MN受到的安培力向里，则M N垂直纸面里外运动，故B正确。
C、将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极，根据安培定则可知，线圈产生的磁场方向向上，再根据左手定则可知MN受到的安培力外里，则M N垂直纸面外里运动，故C错误。
D、将b、d端用导线连接起来，a端接电源的正极，c接在电源的负极，根据安培定则可知，线圈产生的磁场方向向上，再根据左手定则可知MN受到的安培力向外，则M N垂直纸面向外运动，故D错误。
故选：AB。
运用安培定则判断电流产生的磁场方向，根据左手定则判断安培力方向。将选项逐一代入检验，选择符合题意的。
本题考查了右手螺旋定则和左手定则的应用，要判断准电流方向和磁场方向，注意理解左手定则与右手定则的区别。
12.【答案】AB
【解析】
解：A、当开关S闭合时，导体棒向右摆动，说明其所受安培力水平向右，由左手定则可知，磁场方向竖直向下，故A正确；
BC、设电路中电流为I，电源的电动势为E，则
根据动能定理得：mgL（1-cos53°）=FLsin53°，解得安培力 F=0.3N
由F=BIL=BL，得 E=3V，故B正确，C错误。
D、导体棒在摆动过程中电源提供的电能为 E=mgL（1-cos53°）=0.06×10×0.2×0.4J=0.048J，但是还有焦耳热，故D错误。
故选：AB。
棒在安培力的作用，获得动能，根据左手定则分析磁场的方向．根据动能定理和安培力公式、欧姆定律结合求电源的电动势，并求出安培力F的大小．由能量守恒求解电源提供的电能．
本题是通电导体在磁场中运动问题，知道运用左手定则判断安培力与磁场的关系，运用动能定理和能量守恒定律分析能量问题．
13.【答案】ACD
【解析】
解：A、若磁场垂直于斜面向上，则所受安培力方向沿斜面向上，根据物体平衡有：F=BIL=mgsinθ，所以，故A正确；
B、若磁场方向垂直斜面向下，则所受安培力方向沿斜面向下，物体不可能平衡，故B错误；
C、若磁场方向沿斜面水平向左，则所受安培力方向竖直向上，故F=BIL=mg，所以，故C正确；
D、若磁场方向竖直向上，则所受安培力方向水平向右，BILcosθ=mgsinθ，所以，故D正确．
故选ACD．
本题结合安培力考查了物体平衡，根据左手定则判断安培力方向，结合物体平衡条件列方程可正确求解．
解决本题的关键掌握安培力的大小公式FA=BIL，以及会根据共点力平衡求安培力．
14.【答案】BD
【解析】
解：AB、离子每次通过D形盒D1、D2间的空隙时，电场力做正功，动能增加，所以离子从电场中获得能量，在磁场中偏转时洛伦兹力不做功。故A错误。B正确。
C、D、粒子的周期T=，与粒子速度的无关。故C错误，D正确。
故选：BD。
洛伦兹力不做功，电场力对离子做正功，可知离子能从电场获得能量。根据粒子在磁场中运动的周期公式判断周期是否发生变化。
回旋加速器是利用磁场中的圆周运动使离子反复加速的，加速电场的强弱不会影响最后的动能。
15.【答案】AD
【解析】
【分析】
首先根据粒子做匀速直线运动，可判断粒子的电场力和洛伦兹力相等，即可得知电场强度和磁场强度的关系。再分别假设粒子带正电或负电，可知电场的方向，并发现电场的方向与电性无关。
在速度选择器中，粒子的受力特点：同时受到方向相反的电场力和洛伦兹力作用。
【解答】
假设粒子带正电，则受到向下的洛伦兹力，则电场力就应向上，电场场强方向向上；若粒子带负电，洛伦兹力向上，电场力向下，电场场强方向仍然向上。所以电场力的方向始终向上，与粒子的电性无关，故AD正确，BC错误。
故选AD。
16.【答案】（1）竖直向上；
（2）0.08N
【解析】
【分析】
通电导线在磁场中受到安培力作用，其方向用左手定则判定；大小用公式计算。
本题考查的是安培力大小的计算以及左手定则的判定，是一道基础题。
【解答】
（1）根据左手定则可判断导线ab所受安培力的方向为竖直向上；
（2）因为铜棒ab水平放置在磁场中并与磁场方向垂直，所以有：。
故答案为：
（1）竖直向上；
​（2）0.08N。

17.【答案】解：（1）对金属棒进行受力分析，因金属棒做匀速直线运动，则，
又，，可得                        
（2）由牛顿第二定律得           
又    得 
方向水平向右。 
（3）对金属棒进行受力分析，因金属棒静止，则  
代入得： 
根据左手定则可知磁感应强度方向水平向左（或b→a、d→c）。
【解析】
解决本题的关键能够正确地受力分析，运用共点力平衡和牛顿第二定律进行求解，比较简单。
（1）当棒匀速直线运动时，安培力等于摩擦力，求出动摩擦因数；
（2）当电流增加到9A时，根据牛顿第二定律求出金属棒的加速度；
（3）对棒受力分析，根据平衡条件得到所加磁场的磁感应强度。

18.【答案】解：（1）粒子在磁场中向左偏转，粒子刚进入磁场时受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知知：粒子带正电．
（2）由题意分析可知：L=2r，粒子做圆周运动的周期：T=，
粒子在磁场中运动的时间：，解得：t=；
（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，
由牛顿第二定律得：，解得：B=；
答：（1）该粒子带正电；
（2）带电粒子由O运动到P所用的时间t为；
（3）匀强磁场的磁感应强度B为。
【解析】
本题考查了粒子在磁场中的运动，应用左手定则、粒子周期公式与牛顿第二定律即可正确解题。
（1）根据粒子偏转方向由左手定则判断出粒子的电性；
（2）根据粒子做圆周运动的周期公式求出粒子的运动时间；
（3）由牛顿第二定律求出磁感应强度。

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