（高二）物理粤教版选修3—1第3章 磁场含答案

（高二）物理粤教版选修3—1第3章
磁场含答案
粤教版选修3--1第三章
磁场
1、如图是一种利用电磁原理制造的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是(　　)
A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极
B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极
2、在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是(　　)
A　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D
3、某物理兴趣小组利用课外活动时间制作了一部温控式电扇(室温较高时，电扇就会启动)，其设计图分为温控开关、转速开关及电动机三部分，如图所示
，其中温控开关为甲、乙两种金属材料制成的双金属片．对电动机而言，电扇启动后，下列判断正确的是(　　)
A．要使电扇转速加大，滑动片P应向B移动
B．面对电扇，电扇沿顺时针方向转动
C．面对电扇，电扇沿逆时针方向转动
D．电扇有时顺时针方向转动，有时逆时针方向转动
4、如图所示，质量为m、带电荷量为q的物块，在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿着竖直绝缘墙壁由静止下滑，已知物块与墙壁间的动摩擦因数为μ，下列说法正确的是(　　)
A．物块不受磁场力
B．尽管物块受到磁场力作用，但磁场力不做功，系统机械能守恒
C．物块下滑的最大速度为
D．物块下滑的加速度为重力加速度g
5、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量．让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场．加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”．则下列判断正确的是(　　)
A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B．进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C．在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D．a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚
6、如图所示，O为正方形ABCD的中点，两根无限长通电直导线PQ、MN与均通过O点(彼此绝缘)且PQ∥AB、MN∥BC，PQ、MN中的电流大小分别为2I和I，方向如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．A、B两点的磁感应强度大小相同
B．B、C两点的磁感应强度大小相同
C．A、B两点的磁感应强度方向相同
D．B、C两点的磁感应强度方向相同
7、关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)
A．安培力的方向可以不垂直于直导线
B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半
8、如图甲所示，水平传送带足够长，沿顺时针方向匀速运动，某绝缘带电物块无初速度的从最左端放上传送带．该装置处于垂直纸面向外的匀强磁场中，物块运动的v?t图象如图乙所示．物块带电量保持不变，下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．物块带正电
B．1
s后物块与传送带共速，所以传送带的速度为0.5
m/s
C．传送带的速度可能比0.5
m/s大
D．若增大传送带的速度，其它条件不变，则物体最终达到的最大速度也会增大
9、如图所示，由Oa、Ob、Oc三个铝制薄板互成120°角均匀分开的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个匀强磁场区域，其磁感应强度分别用B1、B2、B3表示．现有带电粒子自a点垂直Oa板沿逆时针方向射入磁场中，带电粒子完成一周运动，假设带电粒子穿过铝质薄板过程中电荷量不变，在三个磁场区域中的运动时间之比为1∶3∶5，轨迹恰好是一个以O为圆心的圆，不计粒子重力，则(　　)
A．磁感应强度B1∶B2∶B3＝1∶3∶5
B．磁感应强度B1∶B2∶B3＝5∶3∶1
C．其在b、c处穿越铝板所损失的动能之比为25∶2
D．其在b、c处穿越铝板所损失的动能之比为27∶5
10、如图所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力(　　)
A．竖直向上
B．方向垂直于ad斜向上
C．方向垂直于bc斜向上
D．为零
11、(双选)超导电磁铁相斥式磁悬浮列车能够悬浮的原理是(　　)
A．超导体的电阻为零
B．超导体的磁性很强
C．超导体电流的磁场方向与轨道上磁场方向相反
D．超导体电流产生的磁力与列车重力平衡
12、如图所示，将长为50
cm、质量为10
g的均匀金属棒ab的两端用两个相同的弹簧悬挂成水平状态，并使其位于垂直纸面向里的匀强磁场中．当金属棒中通过0.4
A的电流时，弹簧恰好不伸长．g取10
m/s2，问：
(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？
(2)当金属棒由a到b通过0.2
A电流时，弹簧伸长1
cm；如果电流方向由b到a，而电流大小不变，则弹簧的伸长量又是多少？
13、如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为电场和磁场的理想边界，一束电子(电量为e，质量为m，重力不计)由静止状态从P点经过Ⅰ、Ⅱ间的电场加速后垂直到达边界Ⅱ的Q点，匀强磁场的磁感应强度为B，磁场边界宽度为d，电子从磁场边界Ⅲ穿出时的速度方向与电子原来的入射方向夹角为30°.求：
(1)电子在磁场中运动的时间t；
(2)若改变PQ间的电势差，使电子刚好不能从边界Ⅲ射出，则此时PQ间的电势差U是多少？
（高二）物理粤教版选修3—1第3章
磁场含答案
粤教版选修3--1第三章
磁场
1、如图是一种利用电磁原理制造的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是(　　)
A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极
B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极
D　[当电流从a端流入电磁铁时，根据安培定则判断出电磁铁的上端为S极，此时它能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N极．]
2、在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是(　　)
A　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D
C　[根据左手定则可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误．]
3、某物理兴趣小组利用课外活动时间制作了一部温控式电扇(室温较高时，电扇就会启动)，其设计图分为温控开关、转速开关及电动机三部分，如图所示
，其中温控开关为甲、乙两种金属材料制成的双金属片．对电动机而言，电扇启动后，下列判断正确的是(　　)
A．要使电扇转速加大，滑动片P应向B移动
B．面对电扇，电扇沿顺时针方向转动
C．面对电扇，电扇沿逆时针方向转动
D．电扇有时顺时针方向转动，有时逆时针方向转动
B　[滑动片P向B移动时，线圈中电流减小，电扇转速减小；由左手定则可判断线圈各边所受安培力的方向，可知电扇顺时针转动，故B正确．]
4、如图所示，质量为m、带电荷量为q的物块，在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿着竖直绝缘墙壁由静止下滑，已知物块与墙壁间的动摩擦因数为μ，下列说法正确的是(　　)
A．物块不受磁场力
B．尽管物块受到磁场力作用，但磁场力不做功，系统机械能守恒
C．物块下滑的最大速度为
D．物块下滑的加速度为重力加速度g
C　[物块速度方向与磁场方向垂直，物块受磁场力，A错误；物块受到的摩擦力做负功，机械能不守恒，B错误；物块加速下滑，洛伦兹力增大，N＝qvB，而f＝μN，故摩擦力增大，当mg＝f时，a＝0，速度达到最大，vmax＝，C正确，D错误．]
5、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量．让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场．加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”．则下列判断正确的是(　　)
A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B．进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C．在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D．a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚
A　[氢元素的三种同位素离子均带正电，电荷量大小均为e，经过加速电场，由动能定理有eU＝Ek＝mv2，故进入磁场中的动能相同，且质量越大的离子速度越小，A项正确，B项错误；三种离子进入磁场后，洛伦兹力充当向心力，evB＝m，解得R＝＝，可知，质量越大的离子做圆周运动的半径越大，D项错误；在磁场中运动时间均为半个周期，故t＝T＝，可知离子质量越大运动时间越长，C项错误．]
6、如图所示，O为正方形ABCD的中点，两根无限长通电直导线PQ、MN与均通过O点(彼此绝缘)且PQ∥AB、MN∥BC，PQ、MN中的电流大小分别为2I和I，方向如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．A、B两点的磁感应强度大小相同
B．B、C两点的磁感应强度大小相同
C．A、B两点的磁感应强度方向相同
D．B、C两点的磁感应强度方向相同
C　[通电无限长直导线周围产生的磁场与距离、电流大小相关，距离相同处的磁感应强度大小相同；相同距离处电流越大，磁场越强．设垂直纸面向里为正，MN导线在A、B、C处的磁感应强度分别为－B1、B1、B1；PQ导线在A、B、C处的磁感应强度分别为－B2、－B2、B2；由PQ的电流是MN的两倍，故B2>B1；故A、B、C处的磁感应强度的矢量和为－(B1＋B2)、－(B2－B1)、B1＋B2.可知A、C两点的磁感应强度大小相同；A、B两点的磁感应强度方向相同．故A、B、D错误，C正确．]
7、关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)
A．安培力的方向可以不垂直于直导线
B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半
B　[本题考查安培力的大小和方向．安培力总是垂直于磁场与电流所决定的平面，因此，安培力总与磁场和电流垂直，A错误，B正确；安培力F＝BIL
sin
θ，其中θ是导线与磁场方向的夹角，所以C错误；将直导线从中点折成直角，导线受到安培力的大小不仅与有效长度有关，还与导线在磁场中的相对位置有关，D错误．]
8、如图甲所示，水平传送带足够长，沿顺时针方向匀速运动，某绝缘带电物块无初速度的从最左端放上传送带．该装置处于垂直纸面向外的匀强磁场中，物块运动的v?t图象如图乙所示．物块带电量保持不变，下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．物块带正电
B．1
s后物块与传送带共速，所以传送带的速度为0.5
m/s
C．传送带的速度可能比0.5
m/s大
D．若增大传送带的速度，其它条件不变，则物体最终达到的最大速度也会增大
C　[从v?t图象可以看出，滑块的加速度逐渐减小，根据牛顿第二定律，有μ(mg－qvB)＝ma，说明洛伦兹力向上，根据左手定则，物块带负电荷，故A错误；1
s后物块的速度最大，加速度为零，说明摩擦力为零，可能是mg－qvB＝0，也可能是物块与传送带共速，故B错误；如果是洛伦兹力与重力平衡，即mg－qvB＝0，则传送带的速度可能比0.5
m/s大，故C正确；如果是洛伦兹力与重力平衡，即mg－qvB＝0，则最大速度与传送带无关，故D错误．]
9、如图所示，由Oa、Ob、Oc三个铝制薄板互成120°角均匀分开的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个匀强磁场区域，其磁感应强度分别用B1、B2、B3表示．现有带电粒子自a点垂直Oa板沿逆时针方向射入磁场中，带电粒子完成一周运动，假设带电粒子穿过铝质薄板过程中电荷量不变，在三个磁场区域中的运动时间之比为1∶3∶5，轨迹恰好是一个以O为圆心的圆，不计粒子重力，则(　　)
A．磁感应强度B1∶B2∶B3＝1∶3∶5
B．磁感应强度B1∶B2∶B3＝5∶3∶1
C．其在b、c处穿越铝板所损失的动能之比为25∶2
D．其在b、c处穿越铝板所损失的动能之比为27∶5
C　[带电粒子在磁场中运动的时间为t＝T
在各个区域的圆心角均为θ＝π
根据洛伦兹力提供向心力可得qvB＝m
可得粒子在磁场中运动的周期T＝＝
所以t＝，故B＝，又因为m、q均为定值
在三个区域的磁感应强度之比为B1∶B2∶B3＝15∶5∶3，故A、B错误；三个区域的磁场半径相同，为r＝，又因为动能Ek＝mv2
联立可得Ek＝，
因为q、m和r均相同，故三个区域中运动的动能之比为Ek1∶Ek2∶Ek3＝B∶B∶B＝225∶25∶9
设比例中的每一份为k，则在b处穿越铝板所损失的动能为ΔEk1＝225k－25k＝200k
在c处穿越铝板所损失的动能为ΔEk2＝25k－9k＝16k
在b、c处穿越铝板所损失的动能之比为ΔEk1∶ΔEk2＝25∶2，故C正确，D错误．]
10、如图所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力(　　)
A．竖直向上
B．方向垂直于ad斜向上
C．方向垂直于bc斜向上
D．为零
D　[由题意可知abcd中电流组成一个封闭的电流，其有效长度为零，所以线框abcd所受安培力的合力为零，选项D正确．]
11、(双选)超导电磁铁相斥式磁悬浮列车能够悬浮的原理是(　　)
A．超导体的电阻为零
B．超导体的磁性很强
C．超导体电流的磁场方向与轨道上磁场方向相反
D．超导体电流产生的磁力与列车重力平衡
CD　[列车能够悬浮，必定受到了向上的力，这个力就是车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈中电流形成的磁场之间所产生的相斥力，这个力与列车重力平衡，列车才能悬浮．因此两磁场方向必须相反，故C、D正确．超导体无电流时，即使电阻为零，也不能产生磁场，因此列车也不能悬浮，则A、B错误．]
12、如图所示，将长为50
cm、质量为10
g的均匀金属棒ab的两端用两个相同的弹簧悬挂成水平状态，并使其位于垂直纸面向里的匀强磁场中．当金属棒中通过0.4
A的电流时，弹簧恰好不伸长．g取10
m/s2，问：
(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？
(2)当金属棒由a到b通过0.2
A电流时，弹簧伸长1
cm；如果电流方向由b到a，而电流大小不变，则弹簧的伸长量又是多少？
[解析]　(1)因弹簧不伸长，结合安培力的公式得
BIL＝mg
故B＝＝T＝0.5
T.
(2)当金属棒由a到b通过0.2
A的电流时，弹簧伸长1
cm，对金属棒，根据平衡条件有
BI1L＋2kx1＝mg
电流方向由b到a时，同理有
BI1L＋mg＝2kx2
联立以上各式可得x2＝3
cm.
[答案]　(1)0.5
T　(2)3
cm
13、如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为电场和磁场的理想边界，一束电子(电量为e，质量为m，重力不计)由静止状态从P点经过Ⅰ、Ⅱ间的电场加速后垂直到达边界Ⅱ的Q点，匀强磁场的磁感应强度为B，磁场边界宽度为d，电子从磁场边界Ⅲ穿出时的速度方向与电子原来的入射方向夹角为30°.求：
(1)电子在磁场中运动的时间t；
(2)若改变PQ间的电势差，使电子刚好不能从边界Ⅲ射出，则此时PQ间的电势差U是多少？
[解析]　(1)由洛伦兹力提供向心力可得evB＝，且T＝
得电子在磁场中运动周期T＝
由几何关系知电子在磁场中运动时间
t＝T＝T＝.
(2)电子刚好不从边界Ⅲ穿出时轨迹与边界相切，运动半径为R＝d
由evB＝m得v＝
电子在PQ间由动能定理得eU＝mv2－0
解得U＝.
[答案]　(1)　(2)