[ID:6-6756400] 2020高考物理专题练习:磁场Word版含答案
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2020高考物理专题练习:磁场含答案
**专题:磁场**
一、选择题
1、下列关于磁场的说法中,正确的是 ( )
A.磁场跟电场一样,不是实际存在的
B.磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场
C.指南针指南说明地球周围有磁场
D.磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都是通过磁场发生的
【参考答案】BCD
2、如图所示,在同一平面内互相绝缘的三根无限长直导线ab、cd、ef围成一个等边三角形,三根导线通过的电流大小相等,方向如图所示,O为等边三角形的中心,M、N分别为O关于导线ab、cd的对称点.已知三根导线中的电流形成的合磁场在O点的磁感应强度大小为B1,在M点的磁感应强度大小为B2,若撤去导线ef,而ab、cd中电流不变,则此时N点的磁感应强度大小为(  )

A.B1+B2         B.B1-B2
C. D.
解析:选C.设每根导线中的电流在O点产生的磁感应强度大小为B0,ef、cd中的电流在M点产生的磁感应强度大小都为B0′,则在O点有B1=B0,在M点有B2=2B0′+B0,撤去导线ef后,在N点有BN=B0+B0′,联立各式可得BN=,C正确.
3、“人造小太阳”托卡马克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.T
C. D.T2
解析:选A.考查带电粒子在磁场中的圆周运动问题.由题意知,带电粒子的平均动能Ek=mv2∝T,故v∝.由qvB=整理得:B∝,故选项A正确.
4、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,它在磁场中运动轨迹的半径越小
解析:选AC.根据左手定则,电子、正电子进入磁场后所受洛伦兹力的方向相反,故两者的偏转方向不同,选项A正确;根据qvB=,得r=,若电子与正电子在磁场中的运动速度不相等,则轨迹半径不相同,选项B错误;对于质子、正电子,它们都带正电,以相同速度进入磁场时,所受洛伦兹力方向相同,两者偏转方向相同,仅依据粒子轨迹无法判断是质子还是正电子,故选项C正确;粒子的mv越大,轨道半径越大,而mv=,粒子的动能大,其mv不一定大,选项D错误.
5、如图所示,一段长方体形导电材料,左右两端面的边长都为a和b,内有带电量为q的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为(  )

A.,负 B.,正
C.,负 D.,正
解析:选C.准确理解电流的微观表达式,并知道稳定时电荷受到的电场力和洛伦兹力平衡,是解决本题的关键.由于上表面电势低,根据左手定则判断出自由运动电荷带负电,排除B、D两项.电荷稳定时,所受电场力和洛伦兹力平衡,|q|=|q|vB ①,由电流的微观表达式知:I=|q|nSv=|q|nabv ②,由①②联立,得n=,故选项C正确.
6、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:UH=k,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
解析:选CD.当霍尔元件通有电流IH时,根据左手定则,电子将向霍尔元件的后表面运动,故霍尔元件的前表面电势较高.若将电源的正负极对调,则磁感应强度B的方向换向,IH方向变化,根据左手定则,电子仍向霍尔元件的后表面运动,故仍是霍尔元件的前表面电势较高,选项A、B错误;因R与RL并联,根据并联分流,得IH=I,故IH与I成正比, 选项C正确;由于B与I成正比,设B=aI,则IL=I,PL=IRL,故UH=k=PL,知UH∝PL,选项D正确.
7、如图所示,蹄形磁铁用悬线悬于O点,在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线,当导线中通以由左向右的电流时,蹄形磁铁的运动情况将是(  )

A.静止不动
B.向纸外平动
C.N极向纸外,S极向纸内转动
D.N极向纸内,S极向纸外转动
解析:选C.采取转换研究对象法判断.在图示位置,导线左端受磁场力垂直纸面向里,右端受磁场力垂直纸面向外,由牛顿第三定律可知,蹄形磁铁N极受力垂直纸面向外,S极向里,故C正确.
8、霍尔式位移传感器的测量原理如图所示,有一个沿z轴方向均匀变化的磁场,磁感应强度B=B0+kz(B0、k均为常数).将霍尔元件固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示),当物体沿z轴正方向平移时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同.则(  )

A.其他条件不变,磁感应强度B越大,上、下表面的电势差U越大
B.k越大,传感器灵敏度越高
C.若图中霍尔元件是电子导电,则下板电势高
D.其他条件不变,电流I越大,上、下表面的电势差U越小
解析:选AB.最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有q=qvB,电流的微观表达式为I=nqvS=nqvbc,所以U=.其他条件不变,B越大,上、下表面的电势差U越大.电流越大,上、下表面的电势差U越大.故A正确,D错误;k越大,根据磁感应强度B=B0+kz,知B随z的增大而增大,根据U=知,B随z的变化越大,即传感器灵敏度越高.故B正确;霍尔元件中移动的是自由电子,根据左手定则,电子向下表面偏转,所以上表面电势高.故C错误.
9、如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,当导线中通以图示方向的电流时(  )

A.磁铁对桌面的压力增大
B.磁铁对桌面的压力减小
C.磁铁受到向右的摩擦力作用
D.磁铁受到向左的摩擦力作用
解析:选BC.根据条形磁铁磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向(切线方向),再根据左手定则判断安培力方向,如图甲,根据牛顿第三定律,电流对磁铁的作用力向左上方,F=F′,如图乙,根据平衡条件,可知通电后支持力变小,静摩擦力变大,故磁铁对桌面的压力变小,而静摩擦力向右.选项B、C正确.


二、非选择题
1、一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件”,这种材料有可定向移动的电荷,称为“载流子”,每个载流子的电荷量大小为q=1.6×10-19 C,霍尔元件在自动检测、控制领域得到了广泛应用,如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等.在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2 m、长bc=4.0×10-2 m、厚h=1.0×10-3 m,水平放置在竖直向上的磁感应强度B=2.0 T的匀强磁场中,bc方向通有I=3.0 A的电流,如图所示,由于磁场的作用,稳定后,在沿宽度方向上产生1.0×10-5 V的横向电压。
(1)薄板中载流子定向运动的速率为多大?
(2)这块霍尔材料中单位体积内的载流子个数为多少?

【解析】(1)稳定时载流子在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡

(2)由电流的微观解释可得:
I=nqvS.S=ab·h
故n=I/qvS=3.75×1027 个/m3
2、图甲为Earnest O. Lawrence设计的回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝;两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速;为保证粒子每次经过狭缝都被加速,应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度后被束流提取装置提取出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R,狭缝之间的距离为d。设正离子从离子源出发时的初速度为零。
(1)试计算上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径;
(2)尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略。试计算上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间;
(3)不考虑相对论效应,试分析要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可采用的措施。







解:(1)设正离子经过窄缝被第一次加速加速后的速度为 v1,由动能定理得

正离子在磁场中做匀速圆周运动,半径为r1,由牛顿第二定律得

由以上两式解得
(2)设正离子经过窄缝被第n次加速加速后的速度为vn,由动能定理得

粒子在狭缝中经n次加速的总时间

由牛顿第二定律

由以上三式解得电场对粒子加速的时间

正离子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律


粒子在磁场中做圆周运动的时间

由以上三式解得

所以,粒子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间
+
(3)设离子从D盒边缘离开时做圆周运动的轨迹半径为rm,速度为vm


离子获得的最大动能为

所以,要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可以增大加速器中的磁感应强度B。




B

接交流电源



S







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  • 资料类型:试卷
  • 资料版本:通用
  • 适用地区:全国
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