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第5章 磁場 (時(shí)間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共10小題，每小題6分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～7題只有一項(xiàng)符合題目要求，第8～10題有多項(xiàng)符合題目要求，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分) 1．下列關(guān)于磁感線的敘述，正確的是(　　) A．磁感線是磁場中確實(shí)存在的一種曲線 B．磁感線總是從N極指向S極 C．磁感線是由磁場中的鐵屑形成的 D．磁感線是根據(jù)磁場的性質(zhì)人為地畫出來的曲線 【解析】　磁感線是人們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋龃艌龆藶楫嫵鰜淼那€，實(shí)際是不存在的，故A、C錯(cuò)誤，D正確．磁感線是閉合的曲線，磁體外部磁感線方向從N極指向S極，而磁體內(nèi)部磁感線方向由S極指向N極，故B錯(cuò)誤． 【答案】　D 2．19世紀(jì)20年代，以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識(shí)到溫度差會(huì)引起電流．安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出如下假設(shè)：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的，則該假設(shè)中的電流方向是(注：磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線)(　　) A．由西向東垂直磁子午線 B．由東向西垂直磁子午線 C．由南向北沿磁子午線 D．由赤道向兩極沿磁子午線 【解析】　由于地磁場的N極在地理上的南極附近，如果地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的，據(jù)安培定則，該環(huán)形電流應(yīng)該由東向西，垂直磁子午線，所以正確選項(xiàng)是B. 【答案】　B 3．在下列圖中，分別給出了導(dǎo)線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向．其對應(yīng)不正確的是(　　) 【解析】　由安培定則判斷C、D正確；又因小磁針靜止時(shí)N極所指的方向與磁場方向相同，A正確B錯(cuò)誤． 【答案】　B 4．如圖1所示的磁場中豎直放置兩個(gè)面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右)，由圖可知穿過線圈S1、S2的磁通量大小關(guān)系正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：34660132】 圖1 A．穿過線圈S1的磁通量比較大 B．穿過線圈S2的磁通量比較大 C．穿過線圈S1、S2的磁通量一樣大 D．不能比較 【解析】　磁通量的大小可以用磁感線的條數(shù)來表示，穿過線圈S1的條數(shù)多，磁通量比較大，A對． 【答案】　A 5．有兩個(gè)固定的完全相同的通電圓環(huán)，通過的電流大小相同，方向如圖2所示，其中一個(gè)位于豎直平面內(nèi)，另一個(gè)位于水平平面內(nèi)，每個(gè)圓環(huán)中的電流在它們的共同圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，則在O點(diǎn)總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為(　　) 圖2 A.B　 B.B C.B D.B 【解析】　由安培定則知，水平環(huán)電流產(chǎn)生(在O處)的磁場方向豎直向下，同理得豎直環(huán)在O處的磁場方向垂直紙面向外(如圖)，知A正確． 【答案】　A 6．如圖3所示，環(huán)形金屬軟彈簧，套在條形磁鐵的中心位置．若將彈簧沿半徑向外拉，使其面積增大，則穿過彈簧所包圍面積的磁通量將(　　) 圖3 A．增大 B．減小 C．不變 D．無法確定如何變化 【解析】　由條形磁鐵磁場的內(nèi)、外分布情況知，彈簧包圍面積增大，穿過包圍面積的磁感線的凈條數(shù)減少，故B正確． 【答案】　B 7．如圖4所示，a、b、c三個(gè)閉合線圈，放在同一平面內(nèi)，當(dāng)a線圈中有電流I通過時(shí)，它們的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，下列說法中正確的是 (　　) 圖4 A．Φa＜Φb＜Φc B．Φa＞Φb＞Φc C．Φa＜Φc＜Φb D．Φa＞Φc＞Φb 【解析】　因?yàn)榇鸥芯€是閉合曲線，故a線圈的環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場在a線圈內(nèi)部垂直紙面向里，在a線圈外部垂直紙面向外，而磁通量是合磁通量，故b、c線圈有“抵消”，c線圈“抵消”最多，故a線圈磁通量最大． 【答案】　B 8．下列說法正確的是(　　) A．通過某平面的磁感線條數(shù)為零，則此平面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 B．空間某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向 C．凡是磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等的磁場就是勻強(qiáng)磁場 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則通過放在該處的某平面的磁感線條數(shù)一定為零 【解析】　磁感應(yīng)強(qiáng)度反映磁場的強(qiáng)弱和方向，它的方向就是該處磁場的方向，故B項(xiàng)正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，放在該處的某平面無磁感線穿過，故D項(xiàng)正確；若某平面無磁感線穿過，可能磁場很強(qiáng)，只是平面平行于磁場放置而導(dǎo)致磁感線穿過該平面的條數(shù)為零，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向處處相同的磁場才是勻強(qiáng)磁場，C項(xiàng)錯(cuò)誤． 【答案】　BD 9．在三維直角坐標(biāo)系中，電子沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，如圖5所示，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：34660133】 圖5 A．利用安培定則判定電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場方向時(shí)，大拇指應(yīng)沿電子的運(yùn)動(dòng)方向 B．利用安培定則判定電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場方向時(shí)，大拇指應(yīng)沿形成的電流方向 C．由電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場在圖示a處方向沿＋x方向 D．由電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場在圖示a處方向沿－x方向 【解析】　由安培定則知，伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致．A錯(cuò)B對．彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向．在a點(diǎn)的切線方向沿－x方向，所以C錯(cuò)D對． 【答案】　BD 10．如圖6所示，處于同一平面內(nèi)的兩根平行長直導(dǎo)線中通有方向相反、大小不同的電流，這兩根導(dǎo)線把它們所在的平面分成a、b、c三個(gè)區(qū)域，則磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的區(qū)域(　　) 圖6 A．可能出現(xiàn)在b區(qū) B．可能出現(xiàn)在a區(qū) C．可能同時(shí)出現(xiàn)在a、c區(qū) D．可能出現(xiàn)在c區(qū) 【解析】　根據(jù)安培定則判斷得知：電流I1在a區(qū)域產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，在b、c區(qū)域產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里；電流I2在a、b區(qū)域產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，在c區(qū)域產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，所以在a、c兩區(qū)域磁場方向相反，又I1，I2大小不同，則產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可能相等． 【答案】　BD 二、計(jì)算題(本題共3小題，共40分．按題目要求作答．) 11．(12分)已知山東地面處的地磁場水平分量約為310－5 T，某校物理興趣小組做估測磁體附近磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)．他們將一小羅盤磁針放在一個(gè)水平放置的螺線管的軸線上，如圖7所示．小磁針靜止時(shí)N極指向y軸正方向，當(dāng)接通電源后，發(fā)現(xiàn)小磁針N極指向與y軸正方向成60角的方向．請?jiān)趫D上標(biāo)明螺線管導(dǎo)線的繞向，并求出該通電螺線管在小磁針處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。?保留一位有效數(shù)字) 圖7 【解析】　根據(jù)小磁針的指向可知該處磁場的方向如圖所示： 接通電源后，小磁針N極指向的是地磁場和螺線管的磁場的疊加磁場的方向，由此可判定螺線管的磁場在小磁針處方向水平向右，由安培定則判定螺線管導(dǎo)線繞向如圖所示． 由題意知地磁場水平分量By＝310－5 T，設(shè)通電螺線管產(chǎn)生的磁場為Bx. 由圖知＝tan 60，解得Bx＝310－5 T≈510－5 T. 【答案】　見解析圖　510－5 T 12．(12分)如圖8所示，一個(gè)矩形線圈abcd的面積為S，放在直角坐標(biāo)系內(nèi)，線圈平面垂直于Oxy平面，與x、y軸的夾角分別為α＝30、β＝60，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.則當(dāng)磁場方向分別沿x、y、z軸方向時(shí)，穿過線圈的磁通量各是多少？ 圖8 【解析】　當(dāng)磁場方向沿x軸方向時(shí)，穿過線圈的磁通量Φ1＝BSsin α＝BS； 當(dāng)磁場方向沿y軸方向時(shí)，穿過線圈的磁通量Φ2＝BSsin β＝BS； 當(dāng)磁場方向沿z軸方向時(shí)，穿過線圈的磁通量Φ3＝BSsin 0＝0. 【答案】　BS　BS　0 13．(16分)如圖9所示為發(fā)電機(jī)的原理圖．發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為一邊長為0.3 m的正方形線圈，處于B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場中． 【導(dǎo)學(xué)號：34660134】 圖9 (1)當(dāng)線圈平面與磁場方向夾角為45時(shí)，穿過線圈的磁通量是多少？ (2)當(dāng)線圈以ab邊為軸沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90的過程中，穿過線圈的磁通量的變化量是多少？ (3)當(dāng)線圈以ab邊為軸沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90的過程中，穿過線圈的磁通量的變化量是多少？ 【解析】　(1)由Φ＝BS⊥得： Φ＝BSsin 45＝BL2sin 45 ＝0.50.32 Wb ＝3.210－2 Wb. (2)初狀態(tài)時(shí)，Φ1＝BL2sin 45 ＝0.50.32 Wb ＝3.210－2 Wb. 末狀態(tài)磁感線由反面穿入，正面穿出，如圖，則：Φ2＝－BL2sin 45 ＝－3.210－2 Wb， 則ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝(－3.210－2－3.210－2) Wb ＝－6.410－2 Wb， 只考慮其大小，ΔΦ1＝6.410－2 Wb. (3)初態(tài)與末態(tài)時(shí)，穿過線圈的磁通量相同，都是從同一面穿入和穿出，如圖，則：ΔΦ2＝0. 【答案】　(1)3.210－2 Wb　(2)6.410－2 Wb　(3)0