山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-1：磁场 章末复习题（含解析）

磁场
1．某课外探究小组用如图所示实验装置测量学校所在位置的地做地磁场的水平分量Bx．将一段细长直导体棒南北方向放置，并与开关、导线、电阻箱和电动势为E、内阻为R的电源组成如图所示的电路．在导体棒正下方距离为L处放一小磁针，开关断开时小磁针与导体棒平行，现闭合开关，缓慢调节电阻箱接入电路中的电阻值，发现小磁针逐渐偏离南北方向，当电阻箱接入电路的电阻值为9R时，小磁针的偏转角恰好为60°．已知通电长直导线周围某点磁感应强度为 (式中I为通过导线的电流强度，r为该点到通电长直导线的距离，k为常数)，导体棒和导线电阻均可忽略不计，则该位置地磁场的水平分量大小为
A． B． C． D．
2．如图所示，三根直导线A、B和C垂直纸面并固定于等腰直角三角形的三个顶点上，三根导线均通有方向垂直纸面向里的电流I时，AC的中点0赴磁感应强度的大小为．若使A中的电流反向、其他条件不变，则O点处磁感应强度的大小变为
A．0 B． C． D．
3．若在赤道平面附近的A、B两个位置放置两段相同长度L都的通电导体，测得两段通电导线受到磁场力大小分别为F1和F2，已知两段导体中电流分别为I1和I2．为了比较A、B两个位置磁场的强弱，下列说法正确的是
A．可以只比较F1和F2的大小
B．在导线与地球磁场方向呈任意角度的情况下，可以比较和
C．在导线与地球磁场方向夹角相同的情况下，可以比较和
D．在现有条件下无法判断出A、B两个位置磁场的强弱
4．如图所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆，从图示位置由静止释放金属杆，运动过程中Q端始终在OC上，P端始终在AO上，直到完全落在OC上．若空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ棒滑动的过程中,关于穿过三角形线框POQ的磁通量,下列判断正确的是(? ?)
A．增大
B．减小
C．先减小后增大
D．先增大后减小
5．关于磁感应强度B，下列说法正确的是(　　)
A．一小段通电导线放在磁感应强度为零处，它所受的磁场力一定为零
B．根据磁感应强度的定义式B＝可知，磁感应强度B与F成正比，与IL成反比
C．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
D．磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向相同
6．1820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
7．无限长的通电直导线在其周围某一点产生磁场的磁感应强度B的大小与电流I成正比，与这一点到导线的距离r成反比，即(式中k为常数）．如图所示，两根相距L的无限长直导线M、N通有大小相等、方向相反的电流,a点在两根导线的垂线上且距两根导线的距离均为L,b点在两根导线连线的延长线上且距导线N的距离也为L，下列说法正确的是
A．a点和b点的磁感应强度方向相同
B．a点和b点的磁感应强度方向相反
C．a点和b点的磁感应强度大小之比为2:1
D．a点和b点的磁感应强度大小之比为4:1
8．下列说法中正确的是(?? )
A．磁感线的疏密表示磁感应强度的大小
B．穿过任何一个面的磁通量越大,该处磁感应强度也越大
C．穿过垂直于磁感应强度方向的某面积的磁感线的条数等于磁感应强度
D．当平面跟磁场方向平行时,穿过这个面的磁通量必定为零
9．关于安培分子电流假说,下列说法正确的是
A．假说的依据是安培通过精密仪器观察到了分子电流
B．假说揭示了静止的电荷也可以产生磁场
C．磁体的磁场是由于电荷的运动形成的分子电流产生的
D．一根铁棒不显磁性是因为分子电流取向杂乱
10．关于磁感应强度，正确的说法是 ( )
A．根据定义式，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与IL成反比
B．磁感应强度B是矢量，方向与电流所受安培力的方向相同
C．磁感应强度B是矢量，方向与通过该点的磁感线的切线方向相同
D．在确定的磁场中，同一点的B是确定的，不同点的B可能不同
11．一个20匝、面积为200 dm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在5 s内由1 T增加到5 T，在此过程中磁通量变化了_________磁通量的平均变化率是__________线圈中感应电动势的大小是_________。
12．如图所示是一等腰直角三棱柱，其中侧面abcd为正方形，边长为L，它们按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，通过abcd平面的磁通量大小为______，通过整个三棱柱的磁通量为__________。
13．如图所示，桌面上放一10匝的线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体．当磁体竖直向左运动时，穿过线圈的磁通量将______（选填“变大”或“变小”）．在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了1.0Wb，经历的时间为0.5s，则线圈中的感应电动势为_____V．
14．在匀强磁场中，有一段与磁场垂直的长为10cm的导线，当导线通过的电流时，导线受到的安培力大小为，则该磁场的磁感应强度是______T。
15．边长为10cm、匝数为10的正方形线圈，垂直于磁感应强度B的方向置于0.2T的匀强磁场中。试求：
（1）图示位置时，穿过线圈的磁通量为多少？
（2）若将线圈以一边为轴转过60°，则穿过线圈的磁通量为多少？
（3）若将线圈以一边为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量变化了多少？
16．如图所示，磁感应强度为B的有界匀强磁场垂直穿过边长为a的正三角形线圈（磁场的边界也为正三角形，面积与线圈的面积相等）．试求：在将线圈绕其重心逆时针转过60°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为多少？
17．如图所示，匀强磁场中导线所受安培力F的大小为0.04N，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度L＝0.2 m，导线中电流I＝1 A．
（1）则磁感应强度为多少？
（2）电流改为5A，受到的安培力又是多大？
18．匀强磁场中有一段长为0.2m的直导线，它与磁场方向垂直，当通过2.0A的电流时，受到1.6N的安培力，则
(1)磁场磁感应强度是多少？
(2)当通过的电流加倍时，磁感应强度是多少？导线所受安培力大小？
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
由欧姆定律可得电路中的电流值： ，由题目中给出的公式可得小磁针处电流产生的磁场：，由小磁针的偏转角恰好为60°可得：，解得，地磁场的水平分量大小：，故C正确，ABD错误．
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
当三导线中均通有垂直纸面向里的电流I时，A、C中点O磁感应强度为B0，用右手螺旋定则判断通电直导线A与通电直导线C在O点的合磁场为零，则通电直导线B在O点产生的磁场方向沿着AC，由A指向C，磁感应强度为B0；若使A中的电流反向、其他条件不变，则AC两处的电流在O点产生的磁感应强度的合场强为2B0方向垂直AC斜向上；则O点处磁感应强度的大小变为，故选C.
3．C
【解析】
【详解】
磁感应强度的定义式中的电流是垂直磁场方向的，如果通电导体是垂直于磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，则有，该点的磁场强度为；如果通电导体不是垂直于磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直于磁场方向放置时受到的安培力，由定义式可知该点的磁场强度为，所以在导线与地球磁场方向夹角相同的情况下，可以比较和，或可以比较和，故选项C正确，A、B、D错误．
4．D
【解析】
【详解】
由图可知，PQ在下滑的过程，三角形线框POQ的面积先增大后减小，根据可知，磁通量先增大后减小，故D正确，ABC错误．
5．A
【解析】
【详解】
A.如果磁感应强度为零，则通电导线受到的安培力一定为零，A正确．
B.磁感应强度B与产生磁场的场源有关，与是否有电流元在磁场中，以及电流元受力情况无关，B错误．
C.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，可能导线与磁场方向平行，C错误．
D.根据左手定则可知，磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向垂直，D错误．
6．A
【解析】
当导线中有电流时，小磁针会发生偏转，说明电流产生的是磁场，这种现象称为电流的磁效应，故A正确，BCD错误．
7．BC
【解析】
【详解】
设通电直导线在距离L处产生的磁感应强度大小为，两导线M、N在a点产生的磁感应强度方向成角，磁感应强度的矢量合仍为，方向垂直连线向下．两导线M、N在b点产生的磁感应强度大小分别为，磁感应强度的矢量合为，方向垂直MN连线向上，所以a点和b点的磁感应强度方向相反，大小之比为，选项BC正确，AD错误．
8．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A、磁感线是描述磁场分布而假想的；磁感线的疏密表示磁场强弱，故A正确；
B、匀强磁场中穿过某一平面的磁通量为，是平面与磁场方向的夹角；所以磁通量大，该处磁感应强度不一定大，还与角有关，故B错误；
C、穿过垂直于磁感应强度方向的某面积的磁感线的条数与该面积的比值，等于磁感应强度．故C错误．
D、当平面与磁场平行时，由公式可知，穿过该平面的磁通量为零，故D正确．
9．CD
【解析】
【详解】
安培根据通电螺线管的磁场与条形磁铁相似提出在分子内部存在一种环形电流，使每个分子成为一个小磁针，没有观察到了分子电流。故A错误；静止的电荷是不可以产生磁场的，选项B错误；安培认为，在原子、分子或分子团等物质微粒内部，存在着一种环形电流--分子电流，分子电流使每个物质微粒都形成一个微小的磁体。未被磁化的物体，分子电流的方向非常紊乱，对外不显磁性；磁化时，分子电流的方向大致相同，于是对外界显出显示出磁性。故CD正确。
10．CD
【解析】
磁场中某点的磁感应强度B只由磁场本身决定，与F和IL无关，选项A错误； 磁感应强度B是矢量，方向与电流所受安培力的方向垂直，选项B错误；磁感应强度B是矢量，方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，选项C正确；在确定的磁场中，同一点的B是确定的，不同点的B也可能相同，例如匀强磁场，选项D错误；故选C.
11．4Wb 0.8Wb/s 16V
【解析】
【详解】
线圈在匀强磁场中，现让磁感强度在5s内由1T均匀地增加到5T，磁通量的变化量为：；磁通量的平均变化率为：；线圈中感应电动势的大小为：
12． 零
【解析】
【详解】
通过abcd平面的磁通量大小等于通过abfe平面的磁通量，为φ=BSsin45°=BL2；因整个三棱柱是封闭的；故整个三棱柱的磁通量为零；
13．变小 20
【解析】
【分析】
由磁通量的定义可知线圈中磁通量的变化；由法拉第电磁感应定律可求得线圈中的感应电动势，从而即可求解；
【详解】
当磁体竖直向左运动时，穿过线圈的磁感应强度减小，故磁通量变小；
由法拉第电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为：；
14．1
【解析】
【分析】
根据安培力大小公式求出磁感应强度的大小.
【详解】
已知，，则根据得磁感应强度的大小为：.
【点睛】
解决本题的关键掌握安培力的大小公式，知道磁感应强度的计算公式的适用条件.
15．2×10—3Wb；1×10—3 Wb；4×10—3 Wb
【解析】（1）正方形线圈的面积
图示位置时，磁场与线圈垂直，穿过线圈的磁通量
(2) 将线圈以一边为轴转过60°，磁场与线圈夹角为30°，穿过线圈的磁通量
(3) 将线圈以一边为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量变化
点睛：磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负不代表大小，只反映磁通量是怎么穿过某一平面的，若规定向里穿过某一平面的磁通量为正，则向外为负。
16．
【解析】
原来线圈的磁通量
旋转后，线圈与磁场位置如图，则旋转后线圈的磁通量
穿过线圈磁通量的变化
17．（1）0.2T（2）0.2N
【解析】（1）根据可得
（2）根据F=BIL可得F=0.2×5×0.2N=0.2N
18．（1）B=4T （2）F= 3.2N
【解析】（1）电流的方向与磁场垂直，根据磁感应强度的定义式得：
（2）磁感应强度与电流的大小无关，所以当通过的电流加倍时，磁感应强度仍然是4T；导线受到的安培力：F′=BI′L=4×4.0×0.2=3.2N
点睛; 该题考查对磁感应强度的理解，熟练磁感应强度的定义式和安培力公式即可正确解题，要注意磁感应强度与电流的大小无关．本题是一道基础题．