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1、温馨提示： 此题库为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，关闭Word文档返回原板块。 考点10 磁场一、选择题1.(2014新课标全国卷)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【解析】选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=BILsin,其中是导线与磁场方向的夹角,所以C错误;将直导
2、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,还与导体在磁场中的相对位置有关,D错误。【误区警示】安培力总是垂直于磁场与电流,但是磁场不一定与电流垂直。2.(2014北京高考)带电粒子a、b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,它们的动量大小相等,a运动的半径大于b运动的半径。若a、b的电荷量分别为qa、qb,质量分别为ma、mb,周期分别为Ta、Tb。则一定有()A.qaqb B.mamb C.Tarb,所以qarb,但不知道速度大小关系,无法判断周期关系,C错误。由=, 虽然知道rarb,但不知道速度大小关系,故无法判断比荷关系,D错误。3.(2014安徽高考)“人造小太阳”托卡马克
3、装置使用强磁场约束高温等离子体,使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部,而不与装置器壁碰撞。已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,为约束更高温度的等离子体,则需要更强的磁场,以使带电粒子在磁场中的运动半径不变。由此可判断所需的磁感应强度B正比于()A.B.TC.D.T2【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,即v2正比于T,则v正比于。(2)带电粒子在磁场中的运动,根据牛顿第二定律有【解析】选A。带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,则v2正比于T,从而v正比于。带电粒子在磁场中的运动半径不变,根据牛顿第二定律有,可得。综上
4、可知,B正比于,故选项A正确。4.(2014浙江高考)如图甲所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Im,图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒()A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)熟练使用左手定则判断安培力的方向;(2)根据电流的周期性来分析安培力的周期性。【解析】选A、B、C。由左手定则可知,金属棒一开始向右加速运动,当电
5、流反向以后,金属棒开始减速,经过一个周期速度变为0,然后重复上述运动,所以A、B项正确;安培力F=BIL,由图像可知前半个周期向右,后半个周期向左,不断重复,C项正确;一个周期内,金属棒初、末速度相同,由动能定理可知安培力在一个周期内不做功,D项错误。【误区警示】虽然洛伦兹力不做功,但是安培力可以做功,判断安培力做正功还是负功,要弄清金属棒的速度。5.(2014江苏高考)如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:
6、,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则()A.霍尔元件前表面的电势低于后表面B.若电源的正负极对调,电压表将反偏C.IH与I成正比D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比【解题指南】本题为信息题,题中“B与I成正比”“ ”等重要信息都要在审题中提炼出来,然后是霍尔效应的处理,从动态平衡的角度得到UH与其他量的关系,A、B两项比较容易判断,因为本题为多选,所以用排除法排除也可以得到答案。【解析】选C、D。根据左手定则判断电子受到洛伦兹力偏到霍尔元件的后表面,所以前表面电势高于后表面,A项错误;若电源的正负极对调,线圈中产生的磁场反向,根据左手
7、定则判断依然是前表面电势高于后表面,B项错误;根据,有UH=Bvd,因为B=kI,I=nqSv,vI,联立解得UHI2,而P=I2RL,所以UHP,D项正确;根据题中,因为UHI2、B=kI,所以得到IH与I成正比,C项正确。6.(2014新课标全国卷)如图为某磁谱仪部分构件的示意图。图中,永磁铁提供匀强磁场,硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹。宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子。当这些粒子从上部垂直进入磁场时,下列说法正确的是()A.电子与正电子的偏转方向一定不同B.电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子D.粒子的动能越大,
8、它在磁场中运动轨迹的半径越小【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)由左手定则判断电子与正电子的受力方向;(2)电子与正电子所受洛伦兹力提供向心力;(3)根据半径表达式判断轨迹半径大小。【解析】选A、C。电子与正电子电性相反,若入射速度方向相同时,由左手定则可判定电子和正电子受力方向相反,所以偏转方向相反,选项A正确;根据可知,由于电子和正电子垂直进入磁场的速度未知,故轨迹半径不一定相同,选项B错误;由于质子和正电子在磁场中的受力方向一样,所以仅凭粒子的运动轨迹无法判断它们是质子还是正电子,故选项C正确;根据和得,可见粒子的动能越大时,轨迹半径越大,选项D错误。7.(2014上海高考
9、)如图,在磁感应强度为B的匀强磁场中,面积为S的矩形刚性导线框abcd可绕过ad边的固定轴OO转动,磁场方向与线框平面垂直。在线框中通以电流强度为I的稳恒电流,并使线框与竖直平面成角,此时bc边受到相对OO轴的安培力力矩大小为()A.ISBsin B.ISBcos C. D.【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)bc边受到的安培力大小F安=ILbcB;(2)安培力的力矩M=F安Ladsin。【解析】选A。线框与竖直平面成角时,bc边受到的安培力大小F安=ILbcB,安培力的力矩M=F安Labsin,解得M=ILabLadBsin=ISBsin,故选项A正确。8.(2014海南高考)下列说法中
10、,符合物理学史实的是()A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就静止B.牛顿认为,力是物体运动状态改变的原因,而不是物体运动的原因C.麦克斯韦发现了电流的磁效应,即电流可以在其周围产生磁场D.奥斯特发现导线通电时,导线附近的小磁针发生偏转【解析】选A、B、D。亚里士多德认为力是维持物体运动的原因,A正确;牛顿认为物体如果不受力,将保持静止状态或匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止,B正确;奥斯特发现导线通电时,附近的小磁针发生偏转,从而发现了电流的磁效应,麦克斯韦提出了电磁场理论,C错误,D正确。【误区警示】解答物理学史问题一定要把历史人物与历
11、史事件对应起来,切忌混淆。9.(2014海南高考)如图,两根平行长直导线相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定电流;a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为、l和3l。关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是()A.a处的磁感应强度大小比c处的大B.b、c两处的磁感应强度大小相等C.a、c两处的磁感应强度方向相同D.b处的磁感应强度为零【解题指南】解答此题应注意以下两点:(1)根据安培定则判断两导线电流的磁场方向;(2)根据矢量合成法则判断各点的磁感应强度的大小。【解析】选A、D。a、c两点的磁感应强度是两导线电流产生的合磁感应强度,由于a点比c点距离两导线较近,所以a点
12、的磁感应强度比c点的大,A正确。根据安培定则知,a、c两处磁感应强度方向相反,C错误。b点位于两导线中间,两导线在b点产生的磁场大小相等,方向相反,合磁感应强度为零,c处磁感应强度不为零,D正确,B错误。二、计算题1. (2014北京高考)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。如图所示,固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向相同,导线MN始终与导线框形成闭合电路。已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线框的电阻。(1)通过公式
13、推导验证:在t时间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的焦耳热Q;(2)若导线MN的质量m=8.0g,长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据);阿伏加德罗常数NA6.01023mol-1元电荷e1.610-19C导线MN的摩尔质量6.010-2kg/mol(3)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;在此基础上,求出导线MN中金属
14、离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式。【解题指南】解答本题应注意以下四点:(1)金属直导线MN匀速运动,外力F与安培力平衡;(2)力学中的功W=FL、电功W=UIt和电热Q=I2Rt的计算;(3)电流的微观表达式I=enSve;(4)电子克服阻力所做的功要损失自身的动能,损失的动能转化为焦耳热,即Ek=Q。【解析】(1)E=BLvI= 可得F=ILB= 力F做功W=Fx=Fvt将F代入得到W=t电能为W电=EIt=t产生的焦耳热为Q=I2Rt=t由此可见W=W电=Q(2)总电子数N=NA单位体积内电子数为n,所以N=nSL,故有I=enSve所以有ve= =7.810-6m/s(3)从微观层面看,导线中的自由电子与金属离子发生的碰撞可以看作非完全弹性碰撞,碰撞后自由电子损失动能,损失的动能转化为焦耳热。从整体上来看,可以视为金属离子对自由电子整体运动的平均阻力导致自由电子动能的损失,即W损=从宏观方面看,力F对导线MN做功,而导线的速度不变,即导线的动能不变,所以力F做功完全转化为焦耳热。t时间内,力F做功W=Fvt又W=W损即Fvt=Fvt=nSvetL 代入I=enSve,得Fv=代入F=,I=,得=eBv2.(2014浙江高考)离子推进器是太空飞行器常用的动力系统。某种推进器设计的
