高中物理--磁场 测试题(含答案)

高中物理--磁场 测试题（含答案）

注意事项：

1．答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号

封条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

2．选择题的作答：每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

密3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

4．考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。

不一、选择题(本题共12小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1～8题只有一项符合题目要求,第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

订1．下列说法中不正确的是( )

A．磁体在空间能产生磁场,磁场使磁体间不必接触便能相互作用

B．在磁场中的某一点,小磁针仅在磁场力作用下静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场

装方向

C．当两个磁体的同名磁极相互靠近时,两条磁感线有可能相交 D．磁体周围的磁感线都是闭合的曲线

只2．磁场中某区域的磁感线如图所示,则( )

卷

A．a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba＞Bb B．a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba＜Bb

此C．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大 D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小

3．在匀强磁场中某处P放一个长度为L＝20 cm,通电电流I＝0.5 A的直导线,测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N,其方向竖直向上。现将该通电导线从磁场中撤走,则P处的磁感应强度为( )

A．零

B．10 T,方向竖直向上 C．0.1 T,方向竖直向下

D．10 T,方向肯定不沿竖直向上的方向

4．图中a、b、c为三根与纸面重直的固定长直导线,其截面位于等边三角形的三个顶点上,

沿水平方向,导线中均通有大小相等的电流,方向如图所示,O点为三角形的中心（O

到三个顶点的距离相等）,则( )

A．O点的磁感应强度为零 B．O点的磁场方向垂直Oc向上 C．导线a受到的安培力方向竖直向上

D．导线b受到的安培力方向沿bc连线方向指向c

5．一个带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,要想确定该带电粒子的比荷,则只需要知道( )

A．运动速度v和磁感应强度B B．磁感应强度B和运动周期T C．轨迹半径R和运动速度v D．轨迹半径R和磁感应强度B 6．如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,有一矩形线圈abcd,且ab＝L1,ad＝L2,通有逆

时针方向的电流I,让它绕cd边转过某一角度时,使线圈平面与磁场夹角为θ,则( )

A．穿过线圈的磁通量为Φ＝BL1L2sin θ B．穿过线圈的磁通量为Φ＝BL1L2cos θ C．cd边受到的安培力为F＝BIL1sin θ D．ab边受到的安培力为F＝BIL1cos θ

7．如图所示,空间存在水平向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场内有一绝缘的足够长的直杆,它与水平面的倾角为θ,一带电荷量为－q、质量为m的带负电小球套在直杆上,从A点由静止沿杆下滑,小球与杆之间的动摩擦因数μ8．如图所示,带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场,运动过程中经过b点,Oa＝Ob。若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场,带电粒子仍以速度v0从a点进入电场,仍能通过b点,则电场强度E和磁感应强度B的比值为( )

A．v0 B．1

v0

C．2v0 D．v0

2

9．如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中,以导线截面的中心为圆心,半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点,已知a点的实际磁感应强度为零,则下列叙述正确的是( )

A．直导线中的电流方向垂直纸面向里

B．b点的实际磁感应强度为2 T,方向斜向上,与B的夹角为45° C．c点的实际磁感应强度也为零 D．d点的实际磁感应强度跟b点的相同

10．为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前、后两个内侧固定有金属板作为电极,污水充

满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是( )

A．若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高

B．前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多少无关 C．污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大 D．污水流量Q与U成正比,与a、b无关

11．空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图所示的正方形虚线为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其荷质比相同,且都包含不同速率的粒子。不计重力。下列说法正

确的是( )

A．入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同 B．入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同 C．在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同

D．在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大

12．如图所示,一个绝缘且内壁光滑的环形细圆管,固定于竖直平面内,环的半径为R（比细管的内径大得多）,在圆管内的最低点有一个直径略小于细管内径的带正电小球处于静止状态,小球的质量为m,带电荷量为q,重力加速度为g。空间存在一磁感应强度大小未知（不为零）,方向垂直于环形细圆管所在平面且向里的匀强磁场。某时刻,给小球一方向水平向右、大小为v05gR的初速度,则以下判断正确的是( )

A．无论磁感应强度大小如何,获得初速度后的瞬间,小球在最低点一定受到管壁的弹力作用

B．无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细管的最高点,且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用

C．无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细管的最高点,且小球到达最高点时的速度大小都相同

D．小球在从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中,机械能不守恒 二、非选择题(本题共6小题,共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

6．(4分)劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示。这台加速器由两个铜质D形盒构成,其间留有空隙。若D形盒的半径为R,所加交变电压的频率为f,要加速质量为m,电荷量＋q的粒子,则所加磁场的磁感应强度B＝_________,带电粒子离开加速器时能获得的最大动能Ek＝__________。

14．(7分)霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。如图甲所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH＝

kIBd,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。

(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“＋”接线柱与______(填“M”或“N”)端通过导线相连。

(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm,该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示。根据表中数据在图给的表格中画出UH－I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10－3 V·m·A－1·T－1。(保留2位有效数字)

I(×10－3A) 369121518.0 .0 .0 .0 .0 .0 U1134.6.6.H(×10－3V) .1 .9 .4 5 2 8 (3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图乙所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向________(填“a”或“b”),S2掷向________(填“c”或“d”)。为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中。在保持其它连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件________和________(填器件代号)之间。

15．(6分)如图所示,在x轴上方有匀强磁场B,一个质量为m,带电荷量为－q的粒子,以

速度v从O点射入磁场,角θ已知,粒子重力不计,求：

(1)粒子在磁场中运动的时间；

(2)粒子离开磁场的位置与O点间的距离。

16．(9分)水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,它们之间的宽度为L,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为θ且指向右上方,如图所示,问：

(1)当ab棒静止时,受到的支持力和摩擦力各为多少？

(2)若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少？此时B的方向如何？

17．(10分)如图所示,两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上．两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场．将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续不断地喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴．调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点。

(1)判断墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量； (2)求磁感应强度B的值；

(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间的位置。为了使墨滴仍能到达下板M点,应将磁感应强度调至B′,则B′的大小为多少？

18．(16分)空间存在两个垂直于Oxy平面的匀强磁场,y轴为两磁场的边界,磁感应强度分别为2B0、3B0。甲、乙两种比荷不同的粒子同时从原点O沿x轴正向射入磁场,速度均为v。甲第1次、第2次经过y轴的位置分别为P、Q,其轨迹如图所示。甲经过Q时,乙也恰好同时经过该点。已知甲的质量为m,电荷量为q。不考虑粒子间的相互作用和重力影响。求：

(1)Q到O的距离d；

(2)甲两次经过P点的时间间隔Δt； (3)乙的比荷qm可能的最小值。

物理答案

一、选择题(本题共12小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1～8题只有一项符合题目要求,第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

1．【答案】C

【解析】磁体间的作用力是通过磁场传递的,可以不用接触便产生相互作用,A项正确；小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向,就是那一点的磁场方向,B项正确；磁感线是闭合的曲线且不能相交,C项错误,D项正确。

2．【答案】B

【解析】a处的磁感线比b处疏,则a点磁感强度比b点小,所以A错误,B正确；当将一小段通电导线放入磁场时,磁场力大小和磁场与电流的角度有关,当通电导线垂直磁场时,受到的磁场力最大,平行时为零。因为不知道电流如何放置,所以C、D错误。

3．【答案】D

【解析】导体受到的是最大磁场力F＝1.0 N,可判知导体与磁场方向垂直,由B＝F

Il,解得B＝10 T。由于磁场力的方向是竖直向上的,故可判定磁场的方向一定不会竖直向上,因为二者是互相垂直的关系,方向可有多种情况。撤走导线后,P处的磁感应强度不变,仍为10 T。故正确答案为D。

4．【答案】B

【解析】根据右手螺旋定则,电流a在O产生的磁场平行于bc向右,b电流在O产生的磁场平行ac指向左上方,电流c在O产生的磁场平行ab指向右上方,由于三导线电流相同,到O点的距离相同,根据平行四边形定则,则O点合场强的方向垂直Oc向上,故A错误,B正确；根据左手定则,结合矢量合成法则,导线a受到的安培力方向水平向左,而导线b受到的安培力方向平行于ac斜向左上方,故C、D错误。

5．【答案】B

【解析】带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,由牛顿第二定律得qvB＝mv2,解得T＝2πr2πmq2πrv＝qB,m＝BT,由此可知,求比荷需要知道粒子的线速度、

磁感应强度、轨道半径,或磁感应强度、周期,故ACD错误,B正确。

6．【答案】A

【解析】在图示位置,穿过线圈的磁通量为零,当转过θ时,此时穿过线圈的磁通量为Φ＝BL1L2sin θ,故A正确,B错误；由于cd边始终和磁场垂直,故受到的安培力F＝BIL1,故C错误；由于ab边始终和磁场垂直,所以受到的安培力F＝BIL1,故D错误。

7．【答案】C

【解析】带电小球静止时受到竖直向下的重力G、垂直斜面向上的支持力N和沿斜面向上的摩擦力f,小球下滑后,再受到一个垂直斜面向上的洛伦兹力F,沿斜面方向有：mgsin θ－μ(mgcos θ－F)＝ma,在垂直于斜面方向有：N＋F＝mgcos θ,由于球加速运动,据F＝qvB,F增大而支持力N减小,据f＝μN,摩擦力减小,导致加速度a增加；当速度v增到某个值时,mgcos θ－F＝0,有mgsin θ＝ma,此时加速度最大；此后,F＞mgcos θ,支持力N反向,且速度继续增大,支持力N增大,摩擦力f也随着增大,最后出现mgsin θ＝f,之后小球匀速下滑；所以只有C选项正确。

8．【答案】C

【解析】设Oa＝Ob＝d,因带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,所以圆周运动的半径正好等于d即d＝mv0得B＝mv0

qB,qd。如果换成匀强电场,带电粒子做类平抛运动,那么有d＝qEd2mv02E

2m(v0

)2,得E＝qd,所以B＝2v0。选项C正确。

9．【答案】AB

【解析】由a点合磁感应强度为零知,该电流在a点的磁感应强度方向向左,大小为1 T,由安培定则知A项对,另由平行四边形定则知B项也正确。

10．【答案】BD

【解析】由左手定则可知,正离子受洛伦兹力向后表面偏,负离子向前表面偏,前表面的电势一定低于后表面的电势,流量Q＝Vvbct

t＝t＝vbc,其中v为离子定向移动的速度,当前后表面电压一定时,离子不再偏转,所受洛伦兹力和电场力达到平衡,即qvB＝U

bq,得v＝UbB,则流量Q＝UUBbbc＝Bc,故Q与U成正比,与a、b无关。

11．【答案】BD

【解析】由于粒子荷质比相同,由r＝mv

qB可知速度相同的粒子运动半径相同,运动轨迹也必相同,B正确；对于入射速度不同的粒子在磁场中可能的运动轨迹如图所示,由图可知,粒子的轨迹直径不超过磁场边界一半时转过的圆心角都相同,运动时间都为半个周期,而由T＝2πmθθm

qB知所有粒子在磁场运动周期都相同,A、C皆错误；再由t＝2πT＝qB可知D正确。

12．【答案】BC

【解析】由左手定则可判定小球受到的洛伦兹力始终指向圆心,假设小球受到管道v02

(3)为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向b,S2掷向c,为了保护电路,定值电阻

应串联在S1和E（或S2和E）之间。

的支持力N,小球获得v05gR的初速度后,由圆周运动可得qv0B＋N－mg＝mR,得N＝2

2

mg＋mv0只要B足够大,满足mg＋mv0

R－qv0B,可见,R＝qv0B,支持力N就为零,故A错误；由于洛伦兹力不做功,只有重力对小球做功,故小球能不能到最高点与磁感应强度大小无关,从最低点到最高抵过程中,由动能定理得－mg‧2R＝12mv2－1

2mv02,解得v＝gR,可知小球能到最高点小球受到的向心力等于mg,故此时小球除受到重力,向下的洛伦兹力之外,一定还有轨道向上的支持力大小等于洛伦兹力,故BC正确；对小球的运动过程中受到的洛伦兹力和支持力不做功,只有重力做功,故机械能守恒,故D错误。

二、非选择题(本题共6小题,共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

6．(4分) 【答案】

2πfmq 2π2mf2R2 【解析】粒子在加速器中运动的频率等于所加交变电压的频率为 f,则12πfTmqB,解得所加磁场的磁感应强度B2πfmq；当粒子的运动半径等于D型盒的半径R时,粒子2的动能最大,此时qvBmvm,且Ek＝12mvm2R,解得Ek＝2π2mf2R2。

14．(7分)

【答案】(1)M (2)如图所示 1.5(1.4～1.6) (3)b c S1(或S2) E 【解析】(1)根据左手定则得,正电荷向M端偏转,所以应将电压表的“＋”接线柱与M端通过导线相连。

(2) 如图所示,根据UH＝kIBd知,图线的斜率为kBdk0.10.41030.375,解得霍尔系数k＝1.5×10－3V‧m‧A－1‧T－1。

15．(6分)

【解析】(1)粒子在磁场中运动的轨迹如图所示,有几何关系可知：

圆心角为2π－2θ 又T＝2πm

qB 所以运动时间t＝

2π－2θ2πT＝2(π)mqB。 (2)粒子在磁场中运动的半径r＝mv

qB

则离开磁场的位置与入射点的距离s＝2rsin θ＝2mvsin θ

qB。 16．(9分)

【解析】从b向a看侧视图如图所示。

(1)水平方向：f＝F安sin θ 竖直方向：N＋F安cos θ＝mg 又F＝BIL＝BE

安RL 联立解得：N＝mg－

BLEcos θR,f＝BLEsin θ

R

。 (2)要使ab棒受支持力为零,且让磁场最小,可知安培力竖直向上,则有F安′＝mg Bmin＝mgR

EL,根据左手定则判定磁场方向水平向右。 17．(10分)

U

2πm【解析】(1)墨滴在电场区域做匀速直线运动,有：qd＝mg 解得：q＝mgd

U

由于电场方向向下,电荷所受电场力向上,可知墨滴带负电荷。

(2)墨滴垂直进入电场、磁场共存区域后,重力仍与电场力平衡,合力等于洛伦兹力,,有：qv0B＝mv2墨滴做匀速圆周运动0

R

考虑墨滴进入电场、磁场共存区域和下板的几何关系,可知墨滴在该区域恰完成四分之一圆周运动,则半径

R＝d 得B＝v0Ugd2。

(3)根据题设,墨滴运动轨迹如图所示,设墨滴做圆周运动的半径为R′,有：

qv′＝mv20

0BR′

由图可得：R′2＝d2＋(R′－d

2)2 联立解得：B′＝4v0U

5gd2。 18．(16分)

(1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由qvB＝mv2

【解析】R得：

R1mv2qB,Rmv23qB 00且d2Rmv12R23qB。 0(2)甲粒子先后在两磁场中做匀速圆周运动,设运动时间分别为t2πm

1、t2,由T＝qB得

Tπm12qB,Tπm2 03qB0且Δt＝2t1＋3t2

解得：tqB。 0由洛伦兹力提供向心力,由qvB＝mv2

(3)R 得：

Rv1m2qB,Rmv2B 03q0d＝2R1′－R2′

若乙粒子从第一象限进入第二象限的过程中与甲粒子在Q点相遇,则： 2R1′＋nd′＝OQ＝d

n(T1T2)T1TT2221222 结合以上式子,n无解。

若乙粒子从第二象限进入第一象限的过程中与甲离子在Q点相遇,则： nd′＝OQ

n(T1T2)T1T22222 计算可得

qmnqm（n＝1,2,3……） 由于甲乙粒子比荷不同,则n＝2时,乙的比荷qqm最小,为2qmm。