高中物理选修3-1磁场单元测试卷.doc

1、第 1 页，共 12 页 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 、区域 B. 区域 、区域 C. 区域 、区域 D. 区域 、区域 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

2、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 2.010 -2T 的匀强磁场中，放一个面积是 5.010 -2m2的导线环。当环面与磁场方向

3、垂直时，穿过导线环的磁通量等于 A. 4.010 -3Wb B. 2.510 -3Wb C. 1.510 -3Wb D. 1.010 -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（） 第 2 页，共 12 页 A. 励磁线圈中的电

4、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，

5、 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

6、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=1 、长为 L 的导体棒 ab，用长也为

7、 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 =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（ ） 第 3 页，共 12 页 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 ，导轨间距为 L，在其上垂直导轨放置一根质量

8、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

9、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

10、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第 4 页，共 12 页 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

11、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

12、求： （ 1）该粒子带正电还是负电？ 第 5 页，共 12 页 （ 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 第 6 页，共 12 页 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

13、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

14、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

15、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第 7 页，共 12 页 Bb

16、，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

17、 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， 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

18、 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；=BS=2.010 -25.010 -2Wb=1.010 -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

19、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】 第 8 页，共 12 页 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

20、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 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

21、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

22、 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 第 9 页，共 12 页 10.【 答案】 B 【解析】 解：未加磁 场时 ，根据 动

23、 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

24、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

25、 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，

26、 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

27、E， 则 根据 动 能定理得： mgL（ 1-cos53 ） =FLsin53 ，解得安培力 F=0.3N 由 F=BIL=B L，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 ）=0.06100.20.4J=0.048J ，但是 还 有焦耳 热 ，故 D 错误 。 故 选 ： AB。 第 10 页，共 12 页 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

28、 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=mgsin ，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， BILcos

29、=mgsin ，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

30、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。