粤教版（2019)高二物理选修二第一章磁场的优化习题

2019-2020学年高二物理粤教版（2019)选修二
第一章磁场的优化习题
●不定项选择题
1．赤道附近，自西向东水平运动的电子流，由于受到地磁场的作用，它将（
）
A．向上偏转
B．向下偏转
C．向东偏转
D．向西偏转
2．长10cm的通电导线置于匀强磁场B中，导线方向与磁场方向垂直，导线中通电电流为2A，导线受到大小为0.4N的安培力，求B的大小（
）
A．8T
B．2T
C．0.08T
D．0.02T
3．如图，两根平行放置的长直导线a和b通有大小分别为I和2I、方向相同的电流，导线b受到的磁场力大小为F，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，导线b受到的磁场力为零，则此时a受到的磁场力大小为（　　）
A．
B．F
C．
D．2F
4．如图所示，等腰直角三角形OPQ，直角边OP、OQ长度均为L，直角三角形平面内（包括边界）有一垂直平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在PQ边下方放置一带电粒子发射装置，它由P向Q缓慢移动的同时沿垂直PQ边发射出速率都是v的相同正粒子，已知带电粒子的比荷为，粒子的重力、粒子之间的相互作用力不计。则粒子在磁场中运动的最长时间为（　　）
A．
B．
C．
D．
5．如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其上方正中央固定一根长直导线，导线与磁铁垂直。导线通以垂直纸面向里的电流，则通电后（　　）
A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C．磁铁对桌面压力增加，不受桌面的摩擦力作用
D．磁铁对桌面压力增加，受到桌面的摩擦力作用
6．如图，有一个带有小缺口的绝缘圆环内存在垂直纸面向外的匀强磁场，圆环绕圆心逆时针转动。一带正电的粒子从小缺口沿直径方向进入圆环内部，且与圆环没有发生碰撞，最后从小缺口处离开磁场区域。已知粒子的比荷为k，磁场的磁感应强度大小为B，圆环的半径为R，粒子进入磁场时的速度为，不计粒子的重力。则圆环旋转的的角速度可能为（　　）
A．2kB
B．3kB
C．5kB
D．7kB
7．2019年12月6日，时速600公里磁悬浮列车在杭州亮相；磁悬浮列车利用了安培力的作用，下列说法中正确的是（
）
A．通电导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．安培力与导体所处区域的磁感应强度成正比
C．安培力与处在磁场区域内的导体长度成正比
D．左手定则中，拇指所指方向为电流方向
8．如图所示，质量为m，带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是（　　）
A．微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用
B．微粒带负电，微粒在运动中电势能不断增加
C．匀强电场的电场强度
D．匀强磁场的磁感应强度
9．如图所示为磁场中某区域的磁感线分布，则（　　）
A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，
B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，
C．同一电流元放在a处受力可能比放在b处受力大
D．同一电流元放在a处受力一定比放在b处受力小
10．如图，正方形abcd区域内有垂直纸面的匀强磁场。a点处的粒子源沿ac方向发出大量相同的带电粒子，粒子的速度大小不同。当粒子速度为v0时恰好从e点垂直cd边射出，不计粒子间的相互作用力及重力，下列说法正确的是（　　）
A．e点为cd边的中点
B．速度为时，粒子从d点射出
C．速度小于的所有粒子在磁场中运动的路程与速度大小成正比
D．从e点射出的粒子和从d点射出的粒子在磁场中运动的时间之比为2：1
●填空题
11．匀强磁场中有一段长为的直导线，它与磁场方向垂直，当通过3A的电流时，直导线受到的磁力作用，拿走直导线后，该磁场的磁感应强度是______
12．质量相同的两个小球，一个带电，另一个不带电，它们从同一高度同时由静止下落，经一个水平方向的场（可能是匀强电场，也可能是匀强磁场）先后落地，那么先落地的是_____（填“带电”、“不带电”）的小球，水平方向所加的场是______
13．手机已成为日常通讯工具，手机使用的电磁波波长比可见光波长_____(选填“长”或“短”)；家用交流电的有效值是220V，其最大值是__________V；一根长为0.1m，电流为5A的通电直导线，放在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，且与磁场方向垂直，导线受到的安培力是_________N．
14．一束等离子体（含有大量带正电和负电的微粒，都不考虑重力），沿图中箭头所示的方向垂直于磁场方向进入一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，粒子运动的轨迹如图中、所示。则是带___（选填“正”或“负”）电的微粒的运动轨迹，是带____（选填“正”或“负”）电的微粒的运动轨迹。
15．如图所示为磁流体发电机的发电原理图，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，磁场中的两块金属板A和B上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压．请判断：在图示磁极配置的情况下，金属板____（选填“A”或“B”）的电势较高，通过电阻R的电流方向是____（选填“a→b”或“b→a”）．
16．如图所示为一磁流体发电机示意图，A、B是平行正对的金属板，等离子体（电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性）从左侧进入，在t时间内有n个自由电子落在B板上（电子电量为e），则R中的电流大小为________方向为
_________
17．如图，两平行放置的长直导线a和b中载有电流强度相等、方向相反的电流。则b右侧O点处的磁感应强度方向为_________；在O点右侧再放置一根与a、b平行共面且通有与导线a同向电流的直导线c后，导线a受到的磁场力大小将__________（选填“变大”、“变小”或“无法确定”）。
18．为了研究海洋中海水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场所产生的感应电动势测量水的流速．现测量队员正在某海域测量某处水流速度，假设该处地磁场的竖直分量已测出为B，该处的水流是南北流向的．测量时，测量队员首先将两个探测电极插入水中，两探测电极的另一端与一个能测量微小电压的电压表相连，则这两个电极的连线应沿_________方向；然后，还需测出几个数据，这些数据分别是______；最后就可根据v＝_____计算出该处的水流速度了．
●实验题
19．霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，广泛应用于测量和自动控制等领域.
在电动自行车中有多处用了霍尔传感器，最典型的是测速、调速转把、断电刹把以及电动车无刷电机和霍尔助力传感器等。实验表明，铜以及大多数金属的导电物质是带负电荷的电子，但锌中的导电物质带的是正电。
(1)霍尔元件的原理图如图所示，若制作霍尔元件的材料使用的是锌，通入如图所示的电流后，N表面的电势_________M表面的电势（填“高于”、“低于”、“等于”）；
(2)霍尔元件能够把磁学量_________转换为电学量_________（填物理量的名称）。
20．已知霍尔效应中导体两侧电势差U与通电电流I的关系为等，其中k为霍尔系数（常量）、B为磁感应强度、I为电流、d为导体的厚度，如图甲所示。为验证霍尔效应，实验小组准备了电源、开关、滑动变阻器、保护电阻、一块金属板、电流表、静电计、导线等器材。已连接部分电路，如图乙所示，金属板区域的匀强磁场竖直向上。
(1)用笔画线代替导线______，完成图中电路的连接，要求通过金属板的电流从零逐渐增加。开关闭合前，滑片应置于_________（填“最左端”或“最右端”）。
(2)改变滑片的位置，读出电流表的示数，并用静电计测量金属板_______（填“前后”或“上下”）两表面的电势差。
(3)重复步骤(2)，多测几组金属板中U-I的数据，验证霍尔效应中电势差U与电流I的关系，并画出U-I图像。
(4)验证了导体两侧电势差U与通电电流I之间遵循关系后，若将磁场方向改为垂直金属板前表面，测得滑动变阻器在某位置时，电流为I，电压为U，该材料的霍尔系数为k，金属板的各边长度图中已标出，则所加磁场的磁感应强度大小B=___________。
●计算题
21．如图所示，一个质量为m、电荷量为－q（q＞0）的带电粒子从x轴上的P点以速度v沿与x轴成60°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。已知OP=a，不计带电粒子的重力。求：
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小；
(2)带电粒子穿过第一象限所用的时间。
22．太阳喷发大量高能带电粒子，这些粒子形成的“太阳风”接近地球时，假如没有地球磁场，
“太阳风”就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成分可能不是现在的样子，生命将无法存在。地磁场的作用使得带电粒子不能径直到达地面，而是被“运到”地球的南北两极，南极光和北极光就是带电粒子进入大气层的踪迹。假设“太阳风”主要成分为质子，速度约为0.1C（C=）。近似认为地磁场在赤道上空为匀强环形磁场，平均强度为，示意图如图所示。已知地球半径为，质子电荷量，质量。如果“太阳风”在赤道平面内射向地球，太阳喷发高能带电粒子，这些粒子形成的太阳风接近地球时，假如：
（1）太阳风中质子的速度的方向任意，则地磁场厚度d为多少时才能保证所有粒子都不能到达地表？并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（结果保留两位有效数字）
（2）太阳风中质子垂直地表指向地心方向入射，地磁场的厚度至少为多少才能使粒子不能到达地表？并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（结果保留两位有效数字）（时，）
（3）太阳风中粒子的入射方向和入射点与地心连线的夹角为α如图，0<α<90°，磁场厚度满足第（1）问中的要求为定值d。电子质量为me，电荷量为-e，则电子不能到达地表的最大速度和角度α的关系，并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（图中磁场方向垂直纸面）
知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根
知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根
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参考答案
1．B2．B3．C4．D5．C6．C7．BC8．AB9．BC10．BC
11．0.1
12．不带电；
磁场；
13．长
0.1
14．正
负
15．A
16．
从上向下
17．垂直纸面向外
无法确定
18．东西
两电极之间的电压U，两电极之间的距离L，
U/BL
19．高于
磁感应强度
电压
20．
最左端
前后
21．(1)；(2)（或）
22．（1）13km；（2）6.3km；（3）；