高二粤教版物理选修3—1第3章 磁场含答案

高二粤教版物理选修3—1第3章
磁场含答案
粤教版选修3--1第三章
磁场
1、(双选)关于地球的磁场，下列说法正确的是(　　)
A．在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极
B．地磁场的南极在地理北极附近
C．地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的
D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的
2、有四条垂直于纸面的长直固定导线．电流方向如图所示，其中a、b、c三条导线到d导线的距离相等，三条导线与d的连线互成120度角．四条导线的电流大小为都为I，其中a导线对d导线的安培力为F.现突然把c导线的电流方向改为垂直于纸面向外，电流大小不变．此时d导线所受安培力的合力为(　　)
A．0　　　B．F　　　C．F　　　D．2F
3、(多选)如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为(重力加速度为g)(　　)
A．z轴正方向，tan
θ
B．y轴正方向，
C．z轴负方向，tan
θ
D．沿悬线向下，sin
θ
4、如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场．现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(　　)
A．a对b的压力不变
B．a对b的压力变大
C．a、b物块间的摩擦力变大
D．a、b物块间的摩擦力不变
5、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．仅增大励磁线圈的电流，电子束径迹的半径变大
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
6、关于磁感应强度B、电流强度I、导线长L和导线所受磁场力F的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．在B＝0的地方，F一定等于零
B．在F＝0的地方，B一定等于零
C．若B＝1
T，I＝1
A，L＝1
m，则F一定等于1
N
D．若L＝1
m，I＝1
A，F＝1
N，则B一定等于1
T
7、如图所示，A、B、C三根平行通电直导线质量均为m，通入的电流大小均相等，其中C中的电流方向与A、B中的电流方向反向，A、B放置在粗糙的水平面上，C静止在空中，三根导线的截面处于一个等边三角形的三个顶点，且三根导线均保持静止，重力加速度为g，则A导线受到B导线的作用力大小和方向为(　　)
A．mg，方向由A指向B
B．mg，方向由B指向A
C．mg，方向由A指向B
D．mg，方向由B指向A
8、(多选)如图所示，在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带正电荷的小球，管道半径略大于球体半径，整个管道处于方向与管道垂直的水平匀强磁场中；现给球施加一个水平向右的初速度v0，以后小球的速度随时间变化的图象可能正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
9、如图，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里．一电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子(不计重力)沿平行于直径ab的方向射入磁场区域．若粒子射出磁场时与射入磁场时运动方向间的夹角为90°，则粒子入射的速度大小为(　　)
A.　　
B．
C．
D．
10、关于通电直导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)
A．磁感应强度跟导线所受的安培力成正比
B．安培力的方向跟磁感应强度的方向垂直
C．磁感应强度的方向跟安培力的方向相同
D．通电直导线在磁场中某处受到的安培力为零，则该处的磁感应强度一定为零
11、如图所示的天平可用来测定磁感应强度B.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码后，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知(　　)
A．磁感应强度方向垂直纸面向里，B＝
B．磁感应强度方向垂直纸面向里，B＝
C．磁感应强度方向垂直纸面向外，B＝
D．磁感应强度方向垂直纸面向外，B＝
12、如图所示，两光滑的平行金属轨道与水平面成θ角，两轨道间距为L，一金属棒垂直两轨道水平放置．金属棒质量为m，电阻为R，轨道上端的电源电动势为E，内阻为r.为使金属棒能静止在轨道上，可加一方向竖直向上的匀强磁场，则该磁场的磁感应强度B应是多大？
13、如图所示，一个质量为m，电荷量为－q，不计重力的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x轴正方向成60°角的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度B；
(2)穿过第一象限的时间．
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磁场含答案
粤教版选修3--1第三章
磁场
1、(双选)关于地球的磁场，下列说法正确的是(　　)
A．在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极
B．地磁场的南极在地理北极附近
C．地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的
D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的
BD　[在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地理南极，即地磁北极，故A错误；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，故B正确；地磁场不是匀强磁场，与地面不一定平行，如图所示，故C错误；地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，小磁针并非准确的指向南北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角；地磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的，故D正确．]
2、有四条垂直于纸面的长直固定导线．电流方向如图所示，其中a、b、c三条导线到d导线的距离相等，三条导线与d的连线互成120度角．四条导线的电流大小为都为I，其中a导线对d导线的安培力为F.现突然把c导线的电流方向改为垂直于纸面向外，电流大小不变．此时d导线所受安培力的合力为(　　)
A．0　　　B．F　　　C．F　　　D．2F
D　[a导线对d导线的安培力为F，三条导线与d的连线互成120°，因此在c导线的电流方向改变之前，d导线所受安培力的合力为零；当c导线的电流方向改变之后，a、b导线对d导线的安培力夹角为120°，大小为F，因此此两个安培力的合力为F，方向指向c导线，而c导线对d导线的安培力大小为F，方向指向c导线，那么此时三导线对d导线所受安培力的合力为2F，故A、B、C错误，D正确．]
3、(多选)如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为(重力加速度为g)(　　)
A．z轴正方向，tan
θ
B．y轴正方向，
C．z轴负方向，tan
θ
D．沿悬线向下，sin
θ
BCD　[磁感应强度方向为z轴正方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y轴负方向，直导线不能平衡，故A错误；磁感应强度方向为y轴正方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿z轴正方向，根据平衡条件，当BIL刚好等于mg时，细线的拉力为零，B＝，故B正确；磁感应强度方向为z轴负方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y轴正方向，根据平衡条件BIL＝mg
tan
θ，所以B＝tan
θ，故C正确；磁感应强度方向沿悬线向下时，根据左手定则，直导线所受安培力方向垂直于细线斜向上，根据平衡条件：F＝mg
sin
θ，得：B＝，故D正确．]
4、如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场．现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(　　)
A．a对b的压力不变
B．a对b的压力变大
C．a、b物块间的摩擦力变大
D．a、b物块间的摩擦力不变
B　[a、b整体受总重力、拉力F、向下的洛伦兹力qvB、地面的支持力FN和摩擦力f，竖直方向有FN＝(ma＋mb)g＋qvB，水平方向有F－f＝(ma＋mb)a，f＝μFN.在加速阶段，随着v增大，FN增大，f增大，加速度a减小．对a受力分析，a受重力mag、向下的洛伦兹力qvB、b对a向上的支持力FN′、b对a向左的静摩擦力f′，竖直方向有FN′＝mag＋qvB，水平方向有f′＝maa.随着v的增大，FN′增大，选项A错误，B正确．加速度a在减小，所以a、b物块间的摩擦力变小，选项C、D错误．]
5、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．仅增大励磁线圈的电流，电子束径迹的半径变大
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
B　[电子在加速电场中加速，由动能定理有eU＝mv
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eBv0＝meq
\f(v,r)
②
解得r＝＝
③
T＝
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A、C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．]
6、关于磁感应强度B、电流强度I、导线长L和导线所受磁场力F的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．在B＝0的地方，F一定等于零
B．在F＝0的地方，B一定等于零
C．若B＝1
T，I＝1
A，L＝1
m，则F一定等于1
N
D．若L＝1
m，I＝1
A，F＝1
N，则B一定等于1
T
A　[当B＝0时，导线一定不受磁场力，F一定为零．但是用B＝判断B或计算F时，B一定要和通电导线垂直，没有垂直这个条件，B＝不成立．故B、C、D错误，A正确．]
7、如图所示，A、B、C三根平行通电直导线质量均为m，通入的电流大小均相等，其中C中的电流方向与A、B中的电流方向反向，A、B放置在粗糙的水平面上，C静止在空中，三根导线的截面处于一个等边三角形的三个顶点，且三根导线均保持静止，重力加速度为g，则A导线受到B导线的作用力大小和方向为(　　)
A．mg，方向由A指向B
B．mg，方向由B指向A
C．mg，方向由A指向B
D．mg，方向由B指向A
A　[导线C受重力，A、B对C的作用力，如图所示：
由题意可知FAC＝FBC
由几何关系得2FACcos
30°＝mg
解得FAC＝mg
由于三根通电导线电流相等，距离相等，所以各导线间安培力大小相等，所以FAB＝FAC＝mg
同向电流相吸异向电流相斥可判断A导线受到B导线的作用力方向由A指向B，故A正确，B、C、D错误．]
8、(多选)如图所示，在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带正电荷的小球，管道半径略大于球体半径，整个管道处于方向与管道垂直的水平匀强磁场中；现给球施加一个水平向右的初速度v0，以后小球的速度随时间变化的图象可能正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
ACD　[给小球施加一个水平向右的初速度，小球将受到向上的洛伦兹力，还受重力、可能有向后的滑动摩擦力；若重力小于洛伦兹力，小球受到向下的弹力，则受到摩擦力，做减速运动，洛伦兹力减小，当洛伦兹力等于重力时，做匀速运动，故C正确；若重力大于洛伦兹力，小球受到向上的弹力，则受到摩擦力，将做减速运动，随洛伦兹力的减小，支持力变大，摩擦力变大，加速度逐渐变大，最后速度为零，故D正确；若洛伦兹力等于小球的重力，小球将做匀速直线运动，故A正确．]
9、如图，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里．一电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子(不计重力)沿平行于直径ab的方向射入磁场区域．若粒子射出磁场时与射入磁场时运动方向间的夹角为90°，则粒子入射的速度大小为(　　)
A.　　
B．
C．
D．
B　[带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，画出运动轨迹示意图，如图所示，根据几何关系知，粒子运动的轨迹圆的半径为r＝R
①
根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m
得r＝
②
联立①②得v＝，故B正确，A、C、D错误．]
10、关于通电直导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)
A．磁感应强度跟导线所受的安培力成正比
B．安培力的方向跟磁感应强度的方向垂直
C．磁感应强度的方向跟安培力的方向相同
D．通电直导线在磁场中某处受到的安培力为零，则该处的磁感应强度一定为零
B　[磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，跟导线所受的安培力及电流与导线长度均没有关系，故A错误；根据左手定则可知，安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故B正确，C错误；当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，而此时的磁感应强度不为零，故D错误．]
11、如图所示的天平可用来测定磁感应强度B.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码后，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知(　　)
A．磁感应强度方向垂直纸面向里，B＝
B．磁感应强度方向垂直纸面向里，B＝
C．磁感应强度方向垂直纸面向外，B＝
D．磁感应强度方向垂直纸面向外，B＝
B　[电流反向时，右边再加质量为m的砝码后，天平重新平衡，说明安培力的方向原来竖直向下，由左手定则，知磁感应强度方向垂直纸面向里，设线圈质量为m0，根据平衡条件有
m1g＝m2g＋NBIl＋m0g
①
m1g＝m2g＋mg－NBIl＋m0g
②
由①②解得B＝.]
12、如图所示，两光滑的平行金属轨道与水平面成θ角，两轨道间距为L，一金属棒垂直两轨道水平放置．金属棒质量为m，电阻为R，轨道上端的电源电动势为E，内阻为r.为使金属棒能静止在轨道上，可加一方向竖直向上的匀强磁场，则该磁场的磁感应强度B应是多大？
[解析]　导体棒受力分析如图所示
则I＝
①
F安＝BIL
②
F安＝mg
tan
θ
③
由①②③解得
B＝.
[答案]　
13、如图所示，一个质量为m，电荷量为－q，不计重力的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x轴正方向成60°角的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度B；
(2)穿过第一象限的时间．
[解析]　(1)作出带电粒子做圆周运动的圆心和轨迹，由图中几何关系知：
R
cos
30°＝a，得R＝
Bqv＝m，得B＝＝.
(2)带电粒子在第一象限内运动时间
t＝·＝.
[答案]　(1)　(2)