3.1磁场 磁感线 达标练习（word解析版）

2021-2022学年教科版（2019）必修第三册
3.1磁场磁感线 达标练习（解析版）
1．下列物理量中，属于标量的是
A．动能 B．磁感应强度 C．加速度 D．电场强度
2．有关电场和磁场，下列说法正确的是（ ）.
A．带电粒子在电场和磁场中都一定会受到力的作用
B．电场和磁场都可用假想的闭合曲线进行形象的描述
C．电场和磁场在本质上属于同一种基本相互作用
D．电场和磁场不是客观存在的物质
3．下列各式属于定义式的是
A．加速度a＝ B．电动势
C．电容 D．磁感应强度
4．在物理学史中，关于物理学家的贡献说法正确的是 （ ）
A．丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应，即通电导线周围产生磁场．
B．中国科学家屠呦呦发现了DNA螺旋结构，而获得2015年诺贝尔奖．
C．牛顿在物理学中作出了突出的贡献，用电场线和磁感线描述电场、磁场的特点
D．美国科学家富兰克林发现了电荷间的相互作用力，即库仑定律．
5．下列说法正确的是( )
A．弹簧的劲度系数与弹簧的形变量成正比
B．法拉第通过实验首先发现了电流的磁效应
C．动车高速运行时，惯性与静止时一样大
D．物体受到的静摩擦力方向与其运动方向相反
6．如图所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响，当开关S闭合后，则小磁针的北极N（黑色一端）指示出磁场方向正确的是（ ）
A．a、c B．b、c C．c、d D．a、d
7．发现电流的磁效应的物理学家是（　　）
A．伽利略 B．奥斯特 C．麦克斯韦 D．赫兹
8．关于磁场和磁感线，下列说法正确的是（　　）
A．小磁针静止时，S极所指方向就该点磁场的方向
B．磁感线是客观存在的闭合曲线
C．地磁场的南极在地理南极的附近
D．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱
9．下列说法中错误的是（ ）
A．电场的基本性质是对放在其中的电荷有力的作用
B．磁场的基本性质是对放在其中的磁极或电流有力的作用
C．电场强度的方向总是跟电场力的方向一致
D．电场强度的方向跟正电荷所受的电场力的方向一致
10．1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。已知通电长直导线周围某点的磁感应强度，即磁感应强度B与导线中的电流I成正比、与该点到导线的距离r成反比。如图所示，两根平行长直导线相距为，分别通以大小不等、方向相同的电流，已知规定磁场方向垂直纸面向里为正，在区间内磁感强度B随x变化的图线可能是图中的（　　）
A．B．C．D．
11．下列描述正确的是
A．开普勒提出所有行星绕太阳运动的轨道是椭圆 B．牛顿通过实验测出了万有引力常数
C．库伦通过扭秤实验测定了电子的电荷量 D．法拉第发现了电流的磁效应
12．了解物理规律的发现过程，学会象科学家那样观察与思考往往比掌握知识更重要，下列说法符合物理学史实的是( )
A．法拉第最早提出电场的概念，并提出用电场线描述电场
B．库仑总结出了真空中静止点电荷之间相互作用的规律
C．奥斯特发现了磁场产生电流的条件和规律
D．美国物理学家密立根最早用油滴实验测出了元电荷e的电荷量
13．正切电流计是19世纪发明的一种仪器，它可以利用小磁针的偏转来测量电流。右图为其结构示意图，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有刻度盘）。线圈未通电流时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致，调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同小磁针同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Bc，已知环形线圈在环心处产生的磁场磁感应强度正比于电流强度，关于这个电流计，下列判断正确的是（　　）
A．线圈中电流强度越大，α角越大，α角与电流I成正比
B．线圈中电流强度越大，α角越大，tanα与电流I成正比
C．在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角相同
D．在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角不同
14．离子发动机是利用电能加速工质（工作介质）形成高速射流而产生推力的航天器发动机．其原理如图所示，其原理如下：首先系统将等离子体经系统处理后，从下方以恒定速率v1向上射入有磁感应强度为B1、方向垂直纸面向里的匀强磁场的区域I内，栅电极MN和PQ间距为d．当栅电极MN、PQ间形成稳定的电场后，自动关闭区域I系统（包括进入其中的通道、匀强磁场B1）．区域Ⅱ内有垂直纸面向外，磁感应强度大小为B2，放在A处的中性粒子离子化源能够发射任意角度，但速度均为v2的正、负离子，正离子的质量为m，电荷量为q，正离子经过该磁场区域后形成宽度为D的平行粒子束，经过栅电极MN、PQ之间的电场中加速后从栅电极PQ喷出，在加速正离子的过程中探测器获得反向推力（不计各种粒子之间相互作用、正负离子、等离子体的重力，不计相对论效应）．求：
（1）求在A处的正离子的速度大小v2；
（2）正离子经过区域I加速后，离开PQ的速度大小v3；
（3）在第（2）问中，假设航天器的总质量为M，正在以速度v沿MP方向运动，已知现在的运动方向与预定方向MN成角，如图所示．为了使飞船回到预定的飞行方向MN，飞船启用推进器进行调整．如果沿垂直于飞船速度v的方向进行推进，且推进器工作时间极短，为了使飞船回到预定的飞行方向，离子推进器喷射出的粒子数N为多少？
15．地球表面附近存在一个竖直向下的电场，其大小约为100V/m，在该电场的作用下，大气中正离子向下运动，负离子向上运动，从而形成较为稳定的电流，这叫做晴天地空电流。地表附近某处地空电流虽然微弱，但全球地空电流的总电流强度很大，约为1800A。以下分析问题时假设地空电流在全球各处均匀分布。
（1）请问地表附近从高处到低处电势升高还是降低？
（2）如果认为此电场是由地球表面均匀分布的负电荷产生的，且已知电荷均匀分布的带电球面在球面外某处产生的场强相当于电荷全部集中在球心所产生的场强；地表附近电场的大小用E表示，地球半径用R表示，静电力常量用k表示，请写出地表所带电荷量的大小Q的表达式；
（3）取地球表面积S=5.1×1014m2，试计算地表附近空气的电阻率ρ0的大小；
（4）我们知道电流的周围会有磁场，那么全球均匀分布的地空电流是否会在地球表面形成磁场？如果会，说明方向；如果不会，说明理由。
参考答案
1．A
【分析】
矢量是既有大小，又有方向的物理量，运算遵守平行四边形定则．而标量是只有大小没有方向的物理量；
【详解】
加速度、电场强度和磁感应强度都是既有大小也有方向的，它们都是矢量，动能只有大小没有方向，是标量，故A正确，B、C、D错误；
故选A．
【点睛】
关键是记住即有大小又有方向，遵循平行四边形定则的物理量是矢量，如力、速度、加速度、位移、动量等都是矢量；只有大小，没有方向的物理量是标量，如路程、时间、质量等都是标量．
2．C
【详解】
试题分析：A、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不一定有磁场力存在，当运动方向与磁场方向平行时，没有磁场力作用，故A错误；
B、磁感线是闭合的曲线，电场线从正电荷出发，到负电荷终止，不是闭合曲线，故B错误；
C、磁现象的本质是运动电荷的相互作用，和电场在本质上属于同一种基本相互作用，故C正确；
D、电场和磁场都是一种客观存在的物质，故D错误；
故选C．
考点：磁现象和磁场；电场．
3．D
【详解】
是牛顿第二定律的表达式，不是加速度的定义式，故A错误．电动势是法拉第电磁感应定律的表达式，不是定义式，选项B错误；电容 是电容的量度公式，是定义式，选项C错误；磁感应强度是磁感应强度的定义式，采用比值法定义，故D正确．故选D.
4．A
【详解】
试题分析：丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应，即通电导线周围产生磁场，选项A正确；中国科学家屠呦呦发现了青蒿素，而获得2015年诺贝尔奖，选项B错误；牛顿在物理学中作出了突出的贡献，发现了牛顿三定律，选项C错误；发现电荷间的相互作用力，即库仑定律的科学家是库仑，选项D错误．
考点：物理学史．
5．C
【详解】
试题分析：弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定，与形变量无关，故A错误；奥斯特通过实验首先发现了电流的磁效应，故B错误；动车高速运行时，质量不变，其惯性与静止时一样大，故C正确；静摩擦力方向与其相对运动方向趋势相反，不一定与其运动方向相反，故D错误．
考点：胡克定律；摩擦力的判断与计算；惯性
【名师点睛】弹簧的劲度系数由弹簧本身决定，与弹力和形变量无关．奥斯特发现了电流的磁效应．惯性大小只与物体的质量有关．静摩擦力方向与其相对运动方向趋势相反．
6．A
【详解】
根据电源可以判断电流方向，对螺线管C，表面电流向上，根据右手定则，内部磁场向左，C磁针北极向左，指向正确；左端是他的N极，外部磁场从N极指向S极，小磁针的北极应该和磁场的方向一致，也应该向右，故b磁针指向错误；电磁铁D，表面电流向左，故左端是它的S极，右侧是其N极，外部磁场从右向左，d磁针指向错误；直导线AB电流向下，俯视磁感线应为顺时针，a磁针指向正确；
故选A.
7．B
【详解】
发现电流的磁效应的物理学家是奥斯特，故B正确，ACD错误。
故选B。
8．D
【详解】
A．小磁针静止时，N极所指方向就该点磁场的方向，选项A错误；
B．磁感线是为了研究问题的方便而假想的曲线，不是客观存在的，选项B错误；
C．地磁场的南极在地理北极的附近，选项C错误；
D．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，选项D正确。
故选D。
9．C
【详解】
试题分析：电场的基本性质是对放在其中的电荷有力的作用，故A正确；磁场的基本性质是对放在其中的磁极或电流有力的作用，故B正确；电场强度的方向总是跟正电荷受到的电场力的方向一致，跟负电荷受到的电场力的方向相反，故C错误D正确；
考点：考查电场的基本性质与磁场的基本性质
【名师点睛】掌握有关电场和磁场的概念、规律及研究方法是解决问题的关键．
10．A
【详解】
由安培定则可知，左侧导线中的电流在该导线右侧产生的磁场的方向向里，而右侧导线中的电流在该导线左侧产生的磁场的方向向外，故在区间内磁场方向先为正后为负。根据通电长直导线周围某点磁感应强度
和
可知，在的位置磁场方向为正方向，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．A
【详解】
开晋勒提出三大行星运动定律.其中开普勒第一定律说明所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆故A正确，牛顿提出了万有引力定律.但万有引力常数是英国物理学家卡文迪许通过扭砰实验测得的，故B错误，密立根通过油滴实验测出了电子的电荷量，故C错误；;奥斯特提出了电流的磁效应.故D错误.
综上所述本题答案是：A
12．ABD
【详解】
法拉第最早提出电场的概念，并提出用电场线描述电场，选项A正确；库仑总结出了真空中静止点电荷之间相互作用的规律，选项B正确； 奥斯特发现了电流周围产生磁场，选项C错误；美国物理学家密立根最早用油滴实验测出了元电荷e的电荷量，选项D正确；故选ABD.
13．BD
【详解】
AB．地磁场磁感应强度的水平分量BC与B0的关系如图所示：
有
B0=BCtanα
其中
B0=kI
则
kI=BCtanα
即线圈中电流强度I越大，α角越大，tanα与电流I成正比，选项A错误，B正确；
CD．地球上的不同地方地磁场的水平分量Bc不同，则在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角不同，选项C错误，D正确。
故选BD。
14．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据左手定则可知，正离子向右偏转，负离子向左偏转，不会进入区域1中，因此也不会产生相应推力．所以只有加速正离子过程中才会产生推力．正离子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力：qv2B2=m，,根据题意，在A处发射速度相等，方向不同的正离子后，形成宽度为D的平行正离子束，即：r=，则在A处的正离子的速度大小v2=．
（2）等离子体由下方进入区域I后，在洛伦兹力的作用下偏转，当粒子受到的电场力等于洛伦兹力时，形成稳定的匀强电场，设等离子体的电荷量为q ，则q E=q v1B1，即：E=B1v1；正离子束经过区域I加速后，离开PQ的速度大小为v3，根据动能定理可知：qU=mv32-mv22，其中电压U=Ed=B1v1d
联立可得：v3=．
（3）飞船方向调整前后，其速度合成矢量如图所示：
因此tan=，离子喷出过程中，系统的动量守恒：Mv=Nmv3，为了使飞船回到预定的飞行方向，离子推进器喷射出的粒子数N=
15．（1）降低；（2）；（3）2.8×1013Ω·m；（4）不会，见解析
【详解】
(1)由题意知，电场方向竖直向下，沿电场方向电势降低，故地表附近从高处到低处电势降低。
(2)由点电荷场强公式
整理可得
(3)从地表开始向上取一小段高度为Δh的空气层（Δh远小于地球半径R），如图所示
则从空气层上表面到下表面之间的电势差为
这段空气层的电阻为
且
联立解得
代入题中数据解得
(4)为了研究地球表面附近A点的磁场情况，可以考虑关于过A点的地球半径对称的两处电流和，如图所示
根据右手螺旋定则可以判断，这两处电流在A点产生的磁场的磁感应强度刚好方向相反，大小相等，所以和产生的磁场在A点的合磁感应强度为零。同理，地球上各处的地空电流在A点的合磁感应强度都为零，即地空电流不会在A点产生磁场。同理，地空电流不会在地球附近任何地方产生磁场。