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磁场寒假作业

磁场训练题

(一)

1.下列关于磁感应强度大小的说法正确的是(  )

A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大

B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大

C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同

D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关

2.一根容易形变的弹性导线,两端固定.导线中通有电流,方向如图1中箭头所示.当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是(  )

图1

3.在磁感应强度为B0,竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直纸面向里,如图2所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中(  )

A.c、d两点的磁感应强度大小相等

B.a、b两点的磁感应强度大小相等

图2

C.c点的磁感应强度的值最小

D.b点的磁感应强度的值最大

4.在匀强磁场中有一用粗细均匀、相同材料制成的导体框abc,b为半圆弧的顶点.磁场方向垂直于导体框平面向里,在ac两端接一直流电源,如图3所示,则(  )

A.导体框abc所受安培力的合力为零

B.导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向上

C.导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向下

D.导体框abc的圆弧段所受安培力为零.

图3

图4

5.如图4所示,铜棒ab长L1=0.1m,质量为6×10-2kg,两端与长为L2=1m的轻铜线相连,静止于竖直平面上.整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T.现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒垂直纸面向外发生摆动.已知最大偏角为37°,则在此过程中铜棒的重力势能增加了多少?

通过电流的大小为多少?

方向如何?

(不计空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)

 

磁场训练题

(二)

1.图1中的D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线,电流方向垂直于纸面向里.在开关S接通后,导线D所受磁场力的方向是(  )

A.向上        B.向下

C.向左D.向右

图1

2.一段长0.2m,通过2.5A电流的直导线,关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况,正确的是(  )

A.如果B=2T,F一定是1N

B.如果F=0,B也一定为零

C.如果B=4T,F有可能是1N

D.如果F有最大值时,通电导线一定与B平行

3.在光滑绝缘的斜面上放置一根质量为m的长直通电导体棒,电流方向水平向里,如图2所示.欲使导体棒静止,在斜面上施加匀强磁场的方向应为(  )

图2

A.竖直向上      B.竖直向下

C.垂直斜面向上D.水平向右

4.如图3所示,两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面相互垂直的放置,通电电流相同,电流方向如图所示,设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0,则O处的磁感应强度大小为(  )

A.0           B.2B0

图3

C.

B0D.无法确定

5.如图4所示,质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止,此时细线与竖直方向的夹角为θ,则下列说法正确的是(  )

A.回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小为mgtanθ

B.回形针静止时受到的细线的拉力大小为mgcosθ

C.现用点燃的火柴对回形针加热,过一会发现回形针不被磁铁吸引了,原因是回形针加热后,分子电流排列无序了

图4

D.现用点燃的火柴对回形针加热,过一会发现回形针不被磁铁吸引了,原因是回形针加热后,分子电流消失了

6.如图5所示,通电直导线ab的质量为m、长为L,水平放置在倾角为θ的光滑斜面上,通以图示方向的电流,电流为I,要求导线ab静止在斜面上.

(1)若磁场的方向竖直向上,则磁感应强度为多大?

(2)若要求磁感应强度最小,则磁感应强度的大小、方向如何?

 

图5

 

磁场训练题(三)

1.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时,会受到洛伦兹力的作用.下列表述正确的是(  )

A.洛伦兹力对带电粒子做功

B.洛伦兹力不改变带电粒子的动能

C.洛伦兹力的大小与速度无关

D.洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向

2.如图1所示,在x>0、y>0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,在x轴上到原点的距离为x0的P点,以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场.不计重力的影响,由这些条件可知(  )

图2

A.不能确定粒子通过y轴时的位置

B.不能确定粒子速度的大小

C.不能确定粒子在磁场中运动的时间

D.以上说法都不对

3.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场.粒子的一段径迹如图3所示.径迹上的每一小段都可近似看成圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电量不变).从图中情况可以确定(  )

图3

A.粒子从a到b,带正电

B.粒子从a到b,带负电

C.粒子从b到a,带正电

D.粒子从b到a,带负电

4.半径为r的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中,并从B点射出.∠AOB=120°,如图4所示,则该带电粒子在磁场中运动的时间为(  )

图4

A.

          B.

C.

D.

5.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图5所示.离子源S产生质量为m、电荷量为q的正离子.离子产生出来时速度很小,可以看作速度为零.产生的离子经过电势差为U的电场加速,进入磁感应强度为B的匀强磁场,沿着半圆周运动,到达记录它的照相底片上的P点.测得P点到入口处S1的距离为s.试证明离子的质量m=

s2.

图5

 

磁场训练题(四)

1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则(  )

A.此空间一定不存在磁场

B.此空间一定不存在电场

C.此空间可能只有匀强磁场,方向与电子速度垂直

D.此空间可能同时有电场和磁场

2.目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,如图1表示它的原理:

将一束等离子体喷射入磁场,在磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压,以下说法正确的是(  )

A.B板带正电

图1

B.A板带正电

C.其他条件不变,只增大射入速度,UAB增大

D.其他条件不变,只增大磁感应强度,UAB增大

3.地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场,已知磁场方向垂直纸面向里,一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动,如图2所示,由此可以判断(  )

A.油滴一定做匀速运动

B.油滴可以做变速运动

C.如果油滴带正电,它是从M点运动到N点

图2

D.如果油滴带正电,它是从N点运动到M点

4.在赤道处,将一个小球向东水平抛出,落地点为a,如图3所示,给小球带上电荷后,仍在原处以原来的初速度抛出,考虑地球磁场的影响,不计空气阻力,下列说法正确的是(  )

A.无论小球带何种电荷,小球仍会落在a点

B.无论小球带何种电荷,小球下落时间都会延长

C.若小球带负电荷,小球会落在更远的b点

图3

D.若小球带正电荷,小球会落在更远的b点

5.在某空间内存在着水平向右的电场强度为E的匀强电场和垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,如图4所示.一段光滑且绝缘的圆弧轨道AC固定在纸面内,其圆心为O点,半径R=1.8m,OA连线在竖直方向上,AC弧对应的圆心角θ=37°.今有一质量m=3.6×10-4kg、电荷量q=+9.0×10-4C的带电小球(可视为质点),以v0=4.0m/s的初速度沿水平方向从A点射入圆弧轨道内,一段时间后从C点离开,小球离开C点后做匀速直线运动.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力.求:

图4

(1)匀强电场的电场强度E的大小;

(2)小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力大小.

 

《磁场》单元测试题

一、选择题

1.下面所述的几种相互作用中,通过磁场而产生的有

A.两个静止电荷之间的相互作用B.两根通电导线之间的相互作用

C.两个运动电荷之间的相互作用D.磁体与运动电荷之间的相互作用

2.关于磁场和磁感线的描述,正确的说法有

A.磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场和电场一样,也是一种物质

B.磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向

C.磁感线总是从磁铁的北极出发,到南极终止

D.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁感线

3.关于磁铁磁性的起源,安培提出了分子电流假说,他是在怎样的情况下提出的

A.安培通过精密仪器观察到了分子电流

B.安培根据环形电流的磁场与磁铁相似而提出的

C.安培根据原子结构理论,进行严格推理得出的

D.安培凭空想出来的

4.如图1所示,在空间中取正交坐标系Oxyz(仅画出正半轴),沿x轴有一无限长通电直导线,电流沿x轴正方向,一束电子(重力不计)沿y=0,z=2的直线上(图中虚线所示)作匀速直线运动,方向也向x轴正方向,下列分析可以使电了完成以上运动的是

A.空间另有且仅有沿Z轴正向的匀强电场

B.空间另有且仅有沿Z轴负向的匀强电场

C.空间另有且仅有沿y轴正向的匀强磁场

D.空间另有且仅有沿y轴负向的匀强磁场

5.如图2所示,在边界PQ上方有垂直纸面向里的匀强磁场,一对正、负电子同时从边界上的O点沿与PQ成θ角的方向以相同的速度v射入磁场中。

则正、负电子

A.在磁场中的运动时间相同B.在磁场中运动的轨道半径相同

C.出边界时两者的速度相同D.出边界点到O点处的距离相等

6.如图3所示的圆形区域里,匀强磁场的方向垂直纸面向里,有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场,这些质子在磁场中(不计重力)

A.运动时间越长,其轨迹对应的圆心角越大

B.运动时间越长,其轨迹越长

C.运动时间越长,其射出磁场区域时速率越大

D.运动时间越长,其射出磁场区域时速度的偏向角越大

7.用两个一样的弹簧吊着一根铜棒,铜棒所在虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场,棒中通以自左向右的电流(如图4所示),当棒静止时,弹簧秤的读数为F1;若将棒中的电流方向反向,当棒静止时,弹簧秤的示数为F2,且F2>F1,根据这两个数据,可以确定

A.磁场的方向B.磁感强度的大小C.安培力的大小D.铜棒的重力

 

 

8.如图5所示,质量为m的带电小物块在绝缘粗糙的水平面上以初速v0开始运动.已知在水平面上方的空间内存在方向垂直纸面向里的水平匀强磁场,则以下关于小物块的受力及运动的分析中,正确的是

A.若物块带正电,一定受两个力,做匀速直线运动

B.若物块带负电,一定受两个力,做匀速直线运动

C.若物块带正电,一定受四个力,做减速直线运动

D.若物块带负电,一定受四个力,做减速直线运动

9.在光滑绝缘水平面上,一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴O在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动,磁场方向竖直向下,其俯视图如图6所示.若小球运动到A点时,绳子突然断开,关于小球在绳断开后可能的运动情况,以下说法正确的是 

 A.小球仍做逆时针匀速圆周运动,半径不变

 B.小球仍做逆时针匀速圆周运动,但半径减小

 C.小球做顺时针匀速圆周运动,半径不变

 D.小球做顺时针匀速圆周运动,半径减小

10.如图7所示,在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场,匀强电场方向竖直向下,匀强磁场方向水平向里。

现将一个带正电的金属小球从M点以初速度v0水平抛出,小球着地时的速度为v1,在空中的飞行时间为t1。

若将磁场撤除,其它条件均不变,那么小球着地时的速度为v2,在空中飞行的时间为t2。

小球所受空气阻力可忽略不计,则关于v1和v2、t1和t2的大小比较,以下判断正确的是

A.v1>v2,t1>t2B.v1<v2,t1<t2C.v1=v2,t1<t2D.v1=v2,t1>t2

二、填空题(每题4分,计24分)

11.如图8所示,带电液滴从h高处自由落下,进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域,磁场方向垂直纸面,电场强度为E,磁感应强度为B。

已知液滴在此区域做匀速圆周运动,则圆周的半径R=_____。

  

 

12.如图9所示,ab、cd为两根相距0.2m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,质量为0.3kg的通电导体棒MN静止于水平导轨上,通以5A的电流时,轻轻推动棒,棒沿导轨作匀速运动;当棒中电流增加到8A时,棒能获得2m/s2的加速度,则匀强磁场的磁感强度的大小为。

13.如图10所示,铜棒ab长0.1m,质量为6×10-2kg,两端与长为1m的轻铜线相连,静止于竖直平面上,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T。

现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒发生摆动。

已知最大偏转角为370,则在此过程中铜棒的重力势能增加了_________J;恒定电流的大小为_________A。

(不计空气阻力,sin370=0.6,cos370=0.8,g=10m/s2)

14.磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度,其值为

,式中B是磁感应强度,μ是磁导率,在空气中μ为已知量。

为了近似测得条形磁铁磁极附近的磁感应强度B,某人用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl,并测出拉力F,如图11所示,因为F所做的功等于间隙中磁场的能量,所以由此可以得出磁感应强度B与F、A之间的关系为B=_________。

15.目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,它可以把气体的内能直接转化为电能。

图12表示出了它的发电原理。

将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒,从整体来说是呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场中有两块面积为S,相距为

的平行金属板A、B与外电阻R相连构成一电路,设气流的速度为v,气体的电导率(电阻率的倒数)为

,则电流表的示数为;流过外电阻R的电流的方向为。

16.如图13所示,两块竖直放置的平行金属板长为L,两板间距离为d,接在电压为U的直流电源上。

在两板间还有与电场方向垂直的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。

一个质量为m,电量为+q的油滴,从距金属板上端为h高处由静止开始自由下落,并经两板上端的中点P进入板间。

设油滴在P点所受的电场力与磁场力恰好大小相等,方向相反,过P点后不断向一侧偏转,最后恰好从这侧金属板的下边缘离开两板间的电、磁场区域。

(1)油滴下落的高度h=;

(2)油滴在离开电磁场时的速度大小v=。

三、计算题(共36分)

17.(14分)如图14所示,在O—XYZ的空间中,分布着以XOZ平面为边界的匀强磁场,XOZ平面的上方磁场的磁感应强度为B1,XOZ平面下方磁场的磁感应强度为B2,两磁场方向均沿Z轴正方向,且B2=3Bl。

今有一带正电的粒子:

在XOY平面内自X轴上的P点出发,以初速度V0,进入磁场Bl中,V0的方向与X轴正方向成30°角,大小为6.28m/s。

,(粒子的重力不计,π的值取3.14)

(1)画出粒子自P点出发后的运动轨迹示意图(至少画出二次经过X轴的情况):

(2)求出粒子自P点出发后到第四次经过X轴的时间内平均速度的大小。

 

18.(10分)如图16所示,oxyz坐标系的y轴竖直向上,在坐标系所在的空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向与x轴平行.从y轴上的M点(0,H,0)无初速释放一个质量为m、电荷量为q的带负电的小球,它落在xz平面上的N(l,0,b)点(l>0,b>0).若撤去磁场则小球落在xz平面的P点(l,0,0).已知重力加速度为g.

(1)已知匀强磁场方向与某个坐标轴平行,试判断其可能的具体方向.

(2)求电场强度E的大小.

(3)求小球落至N点时的速率v.

 

19.(12分)如图17所示,有一质量M=2kg的平板小车静止在光滑水平面上,小物块A、B静止在板上的C点,A、B间绝缘且夹有少量炸药。

已知mA=2kg,mB=1kg,A、B与小车间的动摩擦因数均为μ=0.2。

A带负电,电量为q,B不带电。

平板车所在区域有范围很大的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,且qB=10N·s/m.炸药瞬间爆炸后释放的能量为12J,并全部转化为A、B的动能,使得A向左运动,B向右运动.取g=10m/s2,小车足够长,求:

B在小车上滑行的距离。

 

磁场训练题

(一)答案

1解析:

选D.因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定,与通电导线的受力及方向都无关.所以A选项错,D选项正确.因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关,而且与通电导线的取向有关,故B选项错.对C选项,虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等,但当导线在各个位置的方向不同时,磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大,与磁场平行时受磁场力为零),而C选项中没有说明导线在各个位置的取向是否相同,所以C选项错.

2.解析:

选D.由左手定则判断可知D对.

3.解析:

选C.在c点电流产生的磁场方向与B0反向,故合磁感应强度最小.在a点两者同向,合磁感应强度最大,在b、d两点,两者互相垂直,故合磁感应强度大小相等.因此只有C项正确.

4.解析:

选B.由左手定则可知,导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向上.

5.解析:

以棒为研究对象受力分析如图,

重力做功WG=-mgh=-mgL2(1-cosθ)

=-6×10-2×10×0.2×1J=-0.12J

因ΔEp=-WG=0.12J,故重力势能增加了0.12J.

因为导体棒最大偏角为37°,由动能定理得

F·L2sinθ-mgL2(1-cosθ)=0①

F=BIL1②

由①②解得I=4A,方向由b→a.

答案:

0.12J 4A 方向由b→a

磁场训练题

(二)答案

1.解析:

选A.由右手螺旋定则知,软铁芯在导线处的磁场方向向左,由左手定则可判定导线D受到的磁场力方向向上,A正确.

2.解析:

选C.当导线与磁场方向垂直放置时,F=BIL,力最大,当导线与磁场方向平行放置时,F=0,当导线与磁场方向成任意其他角度放置时,0

3.解析:

选B.由左手定则知,匀强磁场方向竖直向上时,受安培力方向水平向右,导体棒不平衡,A不正确;匀强磁场方向竖直向下时,受安培力方向水平向左,导体棒能平衡,B正确;匀强磁场方向垂直斜面向上时,受安培力方向沿斜面向下,导体棒不平衡,C不正确;匀强磁场方向水平向右时,受安培力方向竖直向下,导体棒不平衡,D不正确.

4.解析:

选C.根据右手螺旋定则可知,图中A环在圆心O处产生的磁感应强度的方向是垂直纸面向里,B环在圆心O处产生的磁感应强度的方向是竖直向下.根据平行四边形定则可知,圆心O处磁感应强度大小为

B0.

5.解析:

选C.回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小和方向都不确定,拉力大小也不能确定,故A、B错误;对回形针加热,回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了,所以选项C正确,D错误.

6.解析:

(1)若磁场方向竖直向上,从a向b观察,导线受力情况如图甲所示.

由平衡条件得:

在水平方向上:

F-FNsinθ=0

在竖直方向上:

mg-FNcosθ=0

其中F=BIL,联立以上各式可解得:

B=

.

(2)若要求磁感应强度最小,则一方面应使磁场方向与通电导线垂直,另一方面应调整磁场方向使与重力、支持力合力相平衡的安培力最小.

如图乙所示,由力的矢量三角形讨论可知,当安培力方向与支持力垂直时,安培力最小,对应磁感应强度最小,设其值为Bmin,则:

BminIL=mgsinθ,Bmin=

根据左手定则判定知,该磁场方向垂直于斜面向上.

答案:

(1)

 

(2)

 方向垂直于斜面向上

磁场训练题(三)答案

1.解析:

选B.洛伦兹力的特点是永远与运动方向垂直,永不做功,故选B.

2.解析:

选D.带电粒子以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场,故粒子在磁场中运动了

周期,从y轴上距O为x0处射出,v=

,回旋角为90°.

3.解析:

选C.垂直于磁场方向射入匀强磁场的带电粒子受洛伦兹力作用,使粒子做匀速圆周运动,半径R=mv/qB.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量减小,磁感应强度B、带电荷量不变,又据Ek=

mv2知,v在减小,故R减小,可判定粒子从b向a运动;另据左手定则,可判定粒子带正电,C选项正确.

4.解析:

选D.从弧AB所对圆心角θ=60°,知t=

T=

,但题中已知条件不够,没有此项选择,另想办法找规律表示t.由匀速圆周运动t=

/v0,从图中分析有R=

r,则

=R·θ=

πr,则t=

/v0=

.

5.证明:

设正离子q经过电场加速后的速度为v,它以这一速度垂直进入匀强磁场中,则由

mv2=qU,

,有

m

s2=qU,则m=

s2.

磁场训练题(四)答案

1.解析:

选D.当空间只有匀强磁场,且电子的运动方向与磁场方向垂直时,受洛伦兹力作用,会发生偏转,C不正确.当空间既有电场又有磁场,且两种场力相互平衡时,电子不会发生偏转,A、B不正确,D正确.

2.解析:

选ACD.由左手定则,带正电的离子向下偏转打到B板,使B板带正电,带负电的离子向上偏转打到A板,使A板带负电,故A正确,B错误;设A、B两板之间的距离为d,当达到稳定时,飞入的带电离子受力平衡,即qvB=q

,所以UAB=vdB,当只增加射入速度v时,UAB增大,故C正确;当只增大磁感应强度B时,UAB增大,故D正确.

3.解析:

选AC.由于油滴做直线运动,故受力如图.若带正电,C项才是合理的,并且速度恒定,若有变化,F洛即为变力,油滴将做曲线运动.故选A、C.

4.解析:

选D.赤道处地磁场的方向水平向北,若小球带正电,根据左手定则可知小球向东水平抛出后受到洛伦兹力方向向上,则F合减小,加速度减小,飞行时间延长,水平射程增大,将会落在更远的b点,所以A项错,D项对;若小球带负电,向东水平抛出后,则F洛向下,F合增大,a增大,水平射程减小,将会落在a点的左侧,所以B、C项均错.

5.解析:

(1)小球离开圆弧轨道后,受力分析如图,由图知Eq=mgtanθ,

代入数据解得E=3.0N/C.

(2)小球从进入轨道到离开轨道的过程中,由动能定理得:

qERsinθ-mgR(1-cosθ)=_mv2-_mv02

代入数据解得:

v=5.0m/s,qvB=_,解得B=1.0T.

小球射入圆弧轨道瞬间,由牛顿第二定律得FN+qBv0-mg=mv02/R.解得FN=3.2×10-3N.

由牛顿第三定律得,FN′=FN=3.2×10-3N.

答案:

(1)3.0N/C 

(2)3.2×10-3N

 

《磁场》单元测试题参考答案

一、选择题

1.BCD2.AB3.B4.AC5.BCD6.AD7.ACD8.D9.ACD10.D

二、填空题

11.

12.1.0T13.0.12,414.

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