（高二）物理教科版选修3—1第3章 磁场含答案

（高二）物理教科版选修3—1第3章
磁场含答案
教科版选修3--1第三章
磁场
1、为了解释地球的磁场，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)
2、(双选)如图所示，一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的磁场中，处于静止状态．现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是(　　)
A．一直增大
B．先减小后增大
C．先增大后减小
D．始终为零
3、在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度．具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10
cm处放一个罗盘．导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度．现已测出此地的地磁场水平分量Be＝5.0×10－5
T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置(如图所示)．由此测出该通电直导线在其正下方10
cm处产生磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．5.0×10－5
T
B．1.0×10－4
T
C．8.66×10－5
T
D．7.07×10－5
T
4、(双选)用细线悬挂一个质量为m，带正电的小球，置于如图所示的匀强磁场中，当小球偏离竖直方向在垂直于磁场方向摆动时，如果细线始终绷紧，不计空气阻力，则前后两次通过最低点时相比较，相同的物理量是(　　)
A．小球受到的洛伦兹力
B．小球的加速度
C．悬线的拉力
D．小球的动能
5、空间有一圆柱形匀强磁场区域，该区域的横截面的半径为R，磁场方向垂直于横截面．一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速率v0沿横截面的某直径射入磁场，离开磁场时速度方向偏离入射方向60°.不计粒子重力，该磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．　　B．　
　C．　
　
D.
6、下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
7、长10
cm的通电直导线，通过1
A的电流，在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4
N，则该磁场的磁感应强度(　　)
A．等于4
T
B．大于或等于4
T
C．小于或等于4
T
D．上述说法都错误
8、如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场．一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域，当速度大小为vb时，从b点离开磁场，在磁场中运动的时间为tb，当速度大小为vc时，从c点离开磁场，在磁场中运动的时间为tc，不计粒子重力．则(　　)
A．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝2∶1
B．vb∶vc＝2∶2，tb∶tc＝1∶2
C．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝2∶1
D．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝1∶2
9、如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为(　　)
A．d随v0增大而增大，d与U无关
B．d随v0增大而增大，d随U增大而增大
C．d随U增大而增大，d与v0无关
D．d随v0增大而增大，d随U增大而减小
10、(多选)关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是(　　)
A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
11、三根完全相同的长直导线互相平行，通以大小和方向都相同的电流．它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点a、b、c处，如图所示．已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与距该导线的距离成反比，通电导线b在d处产生的磁场其磁感应强度大小为B，则三根通电导线产生的磁场在d处的总磁感应强度大小为(　　)
A．2B
B．3B
C．B
D．3B
12、如图所示，PQ和EF为水平放置的平行金属导轨，间距为L＝1.0
m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝20
g，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M＝30
g．在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B＝0.2
T的匀强磁场，磁场方向竖直向上，重力加速度g取10
m/s2.若导轨是粗糙的，且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍，若要保持物体c静止不动，应该在棒中通入多大的电流？电流的方向如何？
13、如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25
m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和变阻器．电源电动势E＝12
V，内阻r＝1.0
Ω，一质量m＝20
g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80
T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，取g＝10
m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
(1)金属棒所受到的安培力大小；
(2)通过金属棒的电流；
(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值．
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磁场含答案
教科版选修3--1第三章
磁场
1、为了解释地球的磁场，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)
B　[地磁场的北极在地理的南极附近，地磁场的南极在地理的北极附近，除地磁场的两极外地表上空的磁场都具有向北的分量，由安培定则可知，环形电流内部磁场方向向南，可知B正确，A、C、D错误．故选B.]
2、(双选)如图所示，一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的磁场中，处于静止状态．现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是(　　)
A．一直增大
B．先减小后增大
C．先增大后减小
D．始终为零
AB　[若摩擦力方向沿斜面向下，受力分析图如图甲所示，
因导体棒静止，有F＝f＋mgsin
α
F＝ILB
由以上两式可知f＝ILB－mgsin
α
可见当增大电流的过程中，摩擦力f一直增大，A正确；
若摩擦力方向沿斜面向上，受力分析图如图乙所示，有
F＋f＝mgsin
α
F＝ILB
可得f＝mgsin
α－ILB，可见当I增大时，f先减小，后反向增大，B正确．]
甲　　　　　　　乙
3、在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度．具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10
cm处放一个罗盘．导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度．现已测出此地的地磁场水平分量Be＝5.0×10－5
T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置(如图所示)．由此测出该通电直导线在其正下方10
cm处产生磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．5.0×10－5
T
B．1.0×10－4
T
C．8.66×10－5
T
D．7.07×10－5
T
C　[将罗盘放在通电直导线下方，罗盘静止时罗盘指针所指方向为该处的合磁场方向，如图，所以电流在该处产生的磁场的磁感应强度为B1＝Btan
θ，代入数据得：B1＝8.66×10－5
T．C正确．]
4、(双选)用细线悬挂一个质量为m，带正电的小球，置于如图所示的匀强磁场中，当小球偏离竖直方向在垂直于磁场方向摆动时，如果细线始终绷紧，不计空气阻力，则前后两次通过最低点时相比较，相同的物理量是(　　)
A．小球受到的洛伦兹力
B．小球的加速度
C．悬线的拉力
D．小球的动能
BD　[小球在摆动过程中受重力、绳子拉力和洛伦兹力作用，其中绳子拉力、洛伦兹力对小球都不做功，只有重力做功，小球机械能守恒，故在最低点前后两次动能相同，由于速度方向不同，故洛伦兹力的方向不同，又a＝，速度大小相同，故a相同，由向心力公式知两次绳子拉力不同，故B、D正确．]
5、空间有一圆柱形匀强磁场区域，该区域的横截面的半径为R，磁场方向垂直于横截面．一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速率v0沿横截面的某直径射入磁场，离开磁场时速度方向偏离入射方向60°.不计粒子重力，该磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．　　B．　
　C．　
　
D.
A　[粒子进入磁场后做匀速圆周运动，如图所示，根据几何关系可知，粒子做圆周运动的半径r＝R，由qvB＝m可得，B＝，选项A正确．]
6、下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
C　[由左手定则判断可知C项正确．]
7、长10
cm的通电直导线，通过1
A的电流，在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4
N，则该磁场的磁感应强度(　　)
A．等于4
T
B．大于或等于4
T
C．小于或等于4
T
D．上述说法都错误
B　[题目中没有给出导线如何放置，若导线与磁场垂直，则由磁感应强度定义式得出B＝＝
T＝4
T．若导线放置时没与磁场垂直，此时受磁场力为0.4
N，根据磁感应强度定义式B＝可知此处磁感应强度将大于4
T，故B正确．]
8、如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场．一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域，当速度大小为vb时，从b点离开磁场，在磁场中运动的时间为tb，当速度大小为vc时，从c点离开磁场，在磁场中运动的时间为tc，不计粒子重力．则(　　)
A．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝2∶1
B．vb∶vc＝2∶2，tb∶tc＝1∶2
C．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝2∶1
D．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝1∶2
A　[带正电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，运动轨迹如图所示，由几何关系得，rc＝2rb，θb＝120°，θc＝60°，由qvB＝m得，v＝，则vb∶vc＝rb∶rc＝1∶2，又由T＝，t＝T和θb＝2θc得tb∶tc＝2∶1，故选项A正确，B、C、D错误．]
9、如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为(　　)
A．d随v0增大而增大，d与U无关
B．d随v0增大而增大，d随U增大而增大
C．d随U增大而增大，d与v0无关
D．d随v0增大而增大，d随U增大而减小
A　[设粒子从M点进入磁场时的速度大小为v，该速度与水平方向的夹角为θ，故有v＝.粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为r＝.而MN之间的距离为d＝2rcos
θ.联立解得d＝2，故选项A正确．]
10、(多选)关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是(　　)
A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
BCD　[当电流方向与磁场方向平行时，通电直导线不受安培力作用，故A错误；据左手定则，判定安培力方向总垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面，故B、C、D均正确．]
11、三根完全相同的长直导线互相平行，通以大小和方向都相同的电流．它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点a、b、c处，如图所示．已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与距该导线的距离成反比，通电导线b在d处产生的磁场其磁感应强度大小为B，则三根通电导线产生的磁场在d处的总磁感应强度大小为(　　)
A．2B
B．3B
C．B
D．3B
B　[设正方形边长为l，则导线b在d处形成的磁场磁感应强度大小B＝；ac两根导线在d处形成的磁场磁感应强度大小均为：Ba＝Bc＝＝B；则三根通电导线产生的磁场在d处的总磁感应强度大小为B总＝Ba＋B＝3B.]
12、如图所示，PQ和EF为水平放置的平行金属导轨，间距为L＝1.0
m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝20
g，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M＝30
g．在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B＝0.2
T的匀强磁场，磁场方向竖直向上，重力加速度g取10
m/s2.若导轨是粗糙的，且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍，若要保持物体c静止不动，应该在棒中通入多大的电流？电流的方向如何？
解析：导体棒的最大静摩擦力大小为fm＝0.5mg＝0.1
N，物体c的重力为G＝Mg＝0.3
N，则fm若BIL>Mg，则导体棒所受的静摩擦力方向水平向右，设此时电流为I1，则由平衡条件有BI1L－Mg≤fm，
解得，I1≤2
A
若BIL则由平衡条件有Mg－BI2L≤fm，解得，I2≥1
A
即ab棒中电流为1
A≤I≤2
A.
答案：电流为1
A≤I≤2
A，电流的方向为由a到b
13、如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25
m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和变阻器．电源电动势E＝12
V，内阻r＝1.0
Ω，一质量m＝20
g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80
T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，取g＝10
m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
(1)金属棒所受到的安培力大小；
(2)通过金属棒的电流；
(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值．
解析：(1)金属棒的受力如图所示．
则有F＝mgsin
30°
F＝0.1
N.
(2)根据安培力公式
F＝BIL得I＝＝0.5
A.
(3)设变阻器接入电路的阻值为R，根据闭合电路欧姆定律
E＝I(R＋r)
解得R＝－r＝23
Ω.
答案：(1)0.1
N　(2)0.5
A　(3)23
Ω