2019-2020人教版本高中物理选修3第三章《磁场》测试卷word版含解析

第三章《磁场》测试卷
一、单选题(共12小题)
1.如图所示，其中正确的是(　　)
A．　　　　
B．
C．　　　　
D．
2.有关磁场的物理概念，下列说法中错误的是（　　）
A． 磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，是矢量
B． 磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向有关
C． 磁感应强度的方向跟放入磁场中的受磁场力作用的电流方向有关
D． 磁感线的切线方向表示磁场的方向，其疏密程度表示磁感应强度的大小
3.一倾角为θ的粗糙绝缘斜面放置在一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，将一个带电的小物块放在斜面上由静止开始下滑如图所示，设斜面足够长，如物块始终没有离开斜面．则下列说法正确的是(　　)

A． 物块带正电
B． 下滑过程中物块受到的洛伦兹力做负功
C． 物块最终将静止在斜面上
D． 下滑过程中物块的机械能守恒
4.关于电场强度和磁感应强度，下列说法正确的是（　　）
A． 电场强度的定义式E=，适用于任何电场
B． 由真空中点电荷的电场强度公式E=可知，当r→0时，E→无穷大
C． 由公式B=可知，一小段通电导线在某处若不受磁场力，则说明此处一定无磁场
D． 磁感应强度的方向就是置于该处的通电导线所受的安培力方向
5.如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，长度关系为c最长，b最短，将c弯成一直径与b等长的半圆，将装置置于向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为(　　)

A．Fa＞Fb＞Fc
B．Fa＝Fb＝Fc
C．Fb＜Fa＜Fc
D．Fa＞Fb＝Fc
6.关于电场线和磁感线，下列说法正确的是（　　）
A． 电场线和磁感线都是闭合的曲线
B． 磁感线是从磁体的N极发出，终止于S极
C． 电场线和磁感线都不能相交
D． 电场线和磁感线都是现实中存在的
7.关于磁场，下列说法中不正确的是(　　)
A． 磁场和电场一样，是同一种物质
B． 磁场的基本性质是对放在磁场里的磁极或电流有磁场力的作用
C． 磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的
D． 电流和电流之间的相互作用是通过磁场进行的
8.如图所示，一根长度L的直导体棒中通以大小为I的电流，静止在导轨上，已知垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B，B的方向与竖直方向成θ角.下列说法中正确的是（ ）

A． 导体棒受到磁场力大小为BLIsinθ
B． 导体棒对轨道压力大小为mg+BLIsinθ
C． 导体棒受到导轨摩擦力为
D． 导体棒受到导轨摩擦力BLIcosθ
9.关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是(　　)
A．F、B、v三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v
C．B必定垂直于F，但F不一定垂直于v
D．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
10.如图所示，空间存在着匀强电场E和匀强磁场B，匀强电场E沿y轴正方向，匀强磁场B沿z轴正方向．质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，从t＝0时刻由原点O沿x轴正方向以速度v0射入．粒子所受重力忽略不计．关于粒子在任意时刻t的速度沿x轴和y轴方向的分量vx和vy，请通过合理的分析，判断下列选项中可能正确的是(　　)

A．vx＝－(＋v0)cost；vy＝(＋v0)sint
B．vx＝－(－v0)cost；vy＝(－v0)sint
C．vx＝－(＋v0)sint；vy＝(＋v0)cost
D．vx＝－(－v0)sint；vy＝(－v0)cost
11.下列物理量属于矢量的是（ ）
A． 磁感应强度
B． 质量
C． 温度
D． 时间
12.如图所示为一个质量为m、电荷量为＋q的圆环，圆环可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中(不计空气阻力)．现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度－时间图象不可能是下图中的(　　)

A．
B．
C．
D．
二、实验题(共3小题)
13.霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这种现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线相连．
(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示.

根据表中数据在图乙中画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字)．

(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图丙所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向________(填“a”或“b”)，S2掷向________(填“c”或“d”)．

为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中．在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件____和____(填器件代号)之间．
14.某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验.两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直.

(1)在图中画出连线，完成实验电路.要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动.
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：
A.适当增加两导轨间的距离
B.换一根更长的金属棒
C.适当增大金属棒中的电流
其中正确的是________(填入正确选项前的标号).
15.霍尔元件可以用来检测磁场及其变化．图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图．由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，直导线通有垂直纸面向里的电流，测量原理如图乙所示，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好．


(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高；
(2)在图乙中画线连接成实验电路图；
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有________(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝________.
三、计算题(共3小题)
16.如图所示，在xOy坐标平面的第一象限内有一沿y轴负方向的匀强电场，在第四象限内有一垂直于平面向里的匀强磁场．现有一粒子源处在M(0，L)点并能以垂直与电场方向不断发射质量为m、电量为＋q、速度为v0的粒子(重力不计)，粒子进入磁场后又从x轴上P(3L,0)点射入电场，其入射方向与x轴成45°角．求：

(1)粒子到达P点时的速度大小v；
(2)匀强电场的电场强度E和匀强磁场的磁感应强度B；
(3)粒子从M点运动到P点所用的时间t.
17.如图所示，A、B为水平放置的间距d=0.2 m的两块足够大的平行金属板，两板间有场强为E=0.1 V/m、方向由B指向A的匀强电场．一喷枪从A、B板的中央点P向各个方向均匀地喷出初速度大小均为=10 m/s的带电微粒．已知微粒的质量均为m=1.0×10﹣5kg、电荷量均为q=﹣1.0×10﹣3C，不计微粒间的相互作用及空气阻力的影响，取g=10 m/s2．求：

（1）求从P点水平喷出的微粒打在极板时的水平位移x．
（2）要使所有微粒从P点喷出后均做直线运动，应将板间的电场调节为E′，求E′的大小和方向；在此情况下，从喷枪刚开始喷出微粒计时，求经t0=0.02 s时两板上有微粒击中区域的面积和．
（3）在满足第（2）问中的所有微粒从P点喷出后均做直线运动情况下，在两板间加垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=1 T．求B板被微粒打中的区域长度．
18.一根长L＝0.2 m的金属棒放在倾角θ＝37°的光滑斜面上，并通过I＝5 A的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度B＝0.6 T、竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin 37°＝0.6)

四、填空题(共3小题)
19.地球是个大磁场，在地球上，指南针能指南北是因为受到________的作用．人类将在本世纪登上火星，目前，火星上的磁场情况不明，如果现在登上火星，你认为在火星上的宇航员能依靠指南针来导向吗？________(选填“能”或“不能”)．
20.在物理学中常用“ ×”表示垂直纸面向里，“·”表示垂直纸面向外．图甲中已标出通电直导线周围磁场的方向，那么直导线中电流的方向为________．(选填“沿导线向上”或“沿导线向下”)．乙图中已标出了线圈中电流的方向，那么线圈环中的磁场方向应用______表示(选填“×”或“·”)．

21.如图所示，质量为m，长为L，通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上，水平导轨放置在竖直向上的匀强磁场中，其磁感应强度为B, ab处于静止状态，则ab受到的摩擦力大小为________，方向为________，受到的支持力为________．



答案解析
1.【答案】A
【解析】小磁针静止时，N极的方向代表磁场方向，因此A正确．
2.【答案】C
【解析】磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，故A正确．
磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，跟产生磁场的电流方向有关，故B正确．
磁感应强度的方向是由磁场本身决定的，与放入磁场中的受磁场力作用的电流方向无关，故C错误．
磁感线可以形象描述磁场的强弱和方向，磁感线的切线方向表示磁场的方向，其疏密表示磁感应强度的大小，故D正确．
3.【答案】A
【解析】带电物块下滑始终没有离开斜面，由此可知洛伦兹力垂直于斜面向下，根据左手定则判断带电物块带正电，故A正确；
下滑过程中物块受到的洛伦兹力始终与运动方向垂直，故不做功，故B错误；
物块做加速度减小的加速运动，当摩擦力与重力沿斜面向下的分量相等时，加速度等于0，速度达到最大，故不能静止，故C错误；
在下滑过程中摩擦力做负功，故机械能不守恒，故D错误．
4.【答案】A
【解析】电场强度的定义式E=，适用于任何电场，故A正确．当r→0时，电荷已不能看成点电荷，公式E=k不再成立，故B错误．由公式B=可知，一小段通电导线在某处若不受磁场力，可能是B的方向与电流方向平行，所以此处不一定无磁场，故C错误．磁感应强度的方向和该处的通电导线所受的安培力方向垂直，故D错误．
5.【答案】D
【解析】设a、b两棒的长度分别为La和Lb.c的直径为d.
由于导体棒都与匀强磁场垂直，则：a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：
Fa＝BILa；Fb＝BILb＝BId；
c棒所受的安培力与长度为直径d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有：Fb＝BId；
因为La＞d，则有：Fa＞Fb＝Fc.
6.【答案】C
【解析】磁感线是闭合的曲线，而电场线从正电荷出发，终止于负电荷，不是闭合的曲线，故A错误；
磁感线的方向在磁铁的内部为S极到N极的方向，磁铁的外部是N极到S极的方向，是闭合曲线，故B错误；
电场线的切线方向即为场强的方向，故任意两条电场线都不会相交，磁感线上每一点的切线方向与磁场的方向相同，故任意两条磁感线都不会相交，故C正确；
电场线和磁感线都是人们为了描述场的性质而引入的，在现实中是不存在的，故D错误．
7.【答案】A
【解析】电荷周围存在电场，运动电荷产生磁场，磁场的基本性质是对放在磁场里的磁体或电流有磁场力的作用，磁体间、磁体与通电导体间、电流与电流间的相互作用都是通过磁场进行的．故B、C、D正确．
8.【答案】D
【解析】根据左手定则可得导体棒受力分析如图所示.

因为B与I垂直，故导体棒受到磁场力大小为，故A错误；根据共点力平衡规律得：，得导体棒对轨道的压力大小为，故B错误；由题意知导体棒受到的是静摩擦力，由平衡条件可得：，故C错误，D正确.
9.【答案】B
【解析】速度v的方向可以垂直于磁感应强度B的方向，也可以不垂直于磁感应强度B的方向，但是洛伦兹力F的方向一定垂直于磁感应强度B的方向，也一定垂直于速度v的方向．
10.【答案】B
【解析】粒子带正电，所以受到的电场力的方向向上，洛伦兹力的方向向下．
若电场力恰好与洛伦兹力大小相等，方向相反，则粒子做匀速直线运动，有：qv0B＝qE
所以：v0＝
运动的过程中，由于是匀速直线运动，
所以有：vx＝v0＝，vy＝0.
将该结论与四个选项中的公式比较，可知选项A、C一定是错误的；
若电场力与洛伦兹力不相等，则该粒子的运动可以看做是竖直方向上的两个分运动的合成，向上的匀加速直线运动与竖直平面内的圆周运动．圆周运动的周期为T＝，与粒子的速度的大小无关．经过时间t，粒子偏转的角度θ，则：＝
所以偏转角：θ＝2π·＝＝·t
所以粒子沿y方向的分速度为：vy∝sinθ＝sin(t)，可知D错误．
由以上分析可知，在四个选项中可能正确的只有B.
11.【答案】A
【解析】矢量是既有大小又有方向的物理量，如电场强度、磁感应强度、力、加速度等；而标量是指只有大小没有方向的物理量，如质量、时间、温度、速率等，故A正确.
12.【答案】B
【解析】由左手定则可知，圆环所受洛伦兹力竖直向上，如果恰好qv0B＝mg，圆环与杆间无弹力，不受摩擦力，圆环将以v0做匀速直线运动，故A正确，不符合题意；
如果qv0B＜mg，则a＝，随着v的减小，a增大，直到速度减为零后静止，故C正确，不符合题意；
如果qv0B＞mg，则a＝，随着v的减小a也减小，直到qvB＝mg，以后圆环将以此刻的速度做匀速直线运动，故D正确，不符合题意，B错误，符合题意．
13.【答案】(1)M　(2)如图所示　1.5(1.4或1.6)(3)b　c　S1　E(或S2　E)
【解析】(1)根据左手定则得，正电荷向M端偏转，所以应将电压表的“＋”接线柱与M端通过导线相连．(2)UH—I图线如图所示．根据UH＝k知，图线的斜率为k＝k＝0.375，解得霍尔系数k＝1.5×10－3V·m·A－1·T－1.(3)为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向b，S2掷向c，为了保护电路，定值电阻应串联在S1和E(或S2和E)之间．
14.【答案】　(1)　(2)AC
【解析】　(1)实物连线如图所示.

(2)根据公式F＝BIL可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fx－μmgx＝mv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v＝－2μgx变小，B错误.
15.【答案】(1)前表面(2)如解析图所示(3)电压表读数U，电流表读数I　
【解析】(1)磁场由通电直导线产生，根据安培定则，霍尔元件处的磁场方向向下；霍尔元件内的电流向右，根据左手定则，安培力向内，载流子是负电荷，故后表面带负电，前表面带正电，故前表面电势较高．(2)变阻器控制电流，用电压表测量电压，电路图如图所示：(3)设前、后表面的距离为d，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有：q＝qvB根据电流微观表达式，有：I＝neSv＝ne(dh)v联立解得：B＝故还必须测量的物理量有：电压表读数U，电流表读数I.
16.【答案】(1)v0　(2)　
(3)
【解析】(1)粒子运动轨迹如图所示．

设粒子在P点速度为v，
根据对称性可知，v0＝vcos 45°
解得：v＝v0.
(2)粒子由M点运动到P点的过程中，由动能定理得：qEL＝mv2－mv
解得E＝
水平方向的位移为xOQ＝v0t1
竖直方向的位移为L＝t1，可得xOQ＝2L，xQP＝L
由xQP＝2Rcos 45°，故粒子在OQ段圆周运动的半径为R＝L
粒子在磁场中：qvB＝
联立解得：B＝.
(3)在Q点时，vy＝v0tan 45°＝v0
设粒子从M到Q所用时间为t1，在竖直方向上有
t1＝＝
粒子从Q点运动到P所用的时间为：t2＝
则粒子从M点运动到P点所用的时间为t总＝
17.【答案】（1）从P点水平喷出的微粒打在极板时的水平位移x．
（2）0.1 V/m，方向竖直向下 0.02 s
【解析】（1）微粒在匀强电场做类平抛运动，微粒的加速度：
根据运动学：
得运动的半径为：
解得：
（2）要使微粒做直线，电场应反向，且有：qE'=mg
故电场应该调节为方向向下，大小为：E'=0.1 V/m
经t0=0.02 s时，微粒运动的位移为：
极板上被微粒击中区域为半径为r的圆，其中S=2πr2=0.06π m2
（3）微粒做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力：m=1.0×10﹣5kg

竖直向下射出的微粒打在B板的左端恰好与B板相切，如图甲所示：d1=0.1 m
当粒子源和B板右边击中点距离为直径时距离最远：如图乙所示：

故r板被微粒打中的区域的长度都为.
18.【答案】0.8 N
【解析】从侧面对棒受力分析如图，安培力的方向由左手定则判断出为水平向右，

F＝ILB＝5×0.2×0.6 N＝0.6 N.
由平衡条件得重力：
mg＝＝0.8 N.
19.【答案】地磁场　不能
【解析】地球周围有磁场，指南针就是因为受到地磁场的作用而指南北的，火星上磁场情况不清楚，不能用指南针来导向．
20.【答案】沿导线向上　×
【解析】由右手螺旋定则可判断电流方向沿导线向上，图乙四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部即为磁场方向．
21.【答案】BIL　向右　mg
【解析】在水平方向上：根据左手定则可得，导体棒ab受到向左的安培力和静摩擦力；因为其处于静止状态，故二力方向相反，静摩擦力方向向右；安培力和静摩擦力大小相等，故有Ff＝F＝BIL；在竖直方向上：导体棒受到重力和支持力，等大反向，故支持力FN＝mg.