高二物理第三章综合测试题

高二物理第三章综合测试题同学们，经过一段时间对磁场这一章的学习，相信大家已经对磁现象的电本质、磁场的描述以及磁场对电流和运动电荷的作用等知识有了一定的掌握。本章内容概念抽象，规律应用灵活，是电磁学的重要基础。这份综合测试题旨在帮助大家检验学习效果，巩固重点知识，发现薄弱环节，以便在后续学习中有的放矢。请大家认真审题，仔细作答，充分发挥自己的水平。一、选择题（本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（）A.磁感线是磁场中客观存在的曲线B.磁场中两条磁感线可能相交C.磁感线的疏密程度表示磁场的强弱D.小磁针在磁场中静止时，S极所指的方向就是该点的磁场方向2.下列关于磁感应强度的说法，正确的是（）A.一小段通电导线在磁场中某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度一定为零B.磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量C.由B=F/IL可知，磁感应强度B与通电导线受到的安培力F成正比，与电流I和导线长度L的乘积成反比D.磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向相同3.如图所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。若仅将导线中的电流增大为原来的两倍，则导线所受安培力的大小将（）（示意图：一根水平导线垂直于垂直纸面向里的匀强磁场，电流方向向右）A.减小为原来的一半B.增大为原来的两倍C.增大为原来的四倍D.保持不变4.关于安培定则（右手螺旋定则）的应用，下列说法正确的是（）A.判断直线电流周围的磁场方向时，大拇指指向磁感线的环绕方向B.判断环形电流中心轴线上的磁场方向时，四指指向环形电流的方向C.判断通电螺线管内部的磁场方向时，大拇指指向螺线管中电流的方向D.安培定则仅适用于判断直线电流产生的磁场方向5.一带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若该粒子的运动轨迹半径增大，其原因可能是（）A.粒子的速率减小了B.粒子的电荷量减小了C.磁场的磁感应强度增大了D.粒子的运动方向与磁场方向间的夹角变小了6.两个完全相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图所示，开始时平板及磁铁皆处于水平位置，且静止不动。当AB在水平方向突然向右加速运动时，关于两磁铁的运动情况，下列说法正确的是（）（示意图：平板AB上，左侧磁铁N极向右，S极向左；右侧磁铁N极向左，S极向右，两磁铁中间部分靠近）A.两磁铁一定向右运动，且间距增大B.两磁铁一定向左运动，且间距减小C.两磁铁可能都相对平板静止D.两磁铁可能相对平板滑动，且间距增大7.如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，有一根长为L、质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向外，欲使导线静止在斜面上，需加一个匀强磁场，若磁场的方向垂直于斜面向上，则磁感应强度B的大小为（）（示意图：一个左低右高的斜面，斜面上有一根垂直纸面向外的导线，标有电流方向）A.mgsinθ/(IL)B.mgcosθ/(IL)C.mgtanθ/(IL)D.mg/(ILsinθ)8.速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是（）（示意图：质谱仪，粒子先经过速度选择器，然后进入偏转磁场，在底片上形成两个不同的落点，左侧落点离入口近，右侧落点离入口远）A.该束粒子带负电B.速度选择器中磁场方向垂直纸面向外C.落在右侧的粒子比荷（q/m）较大D.落在左侧的粒子质量一定较小二、填空题（本题共4小题，每空3分，共24分）9.地球本身是一个巨大的磁体，地磁场的N极位于地理______极附近。在赤道处，地磁场的方向大致是______。10.一根长为0.5m的直导线，通有2A的恒定电流，垂直放入磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，导线所受的安培力大小为______N，安培力的方向可用______定则来判断。11.电子以1×10^6m/s的速度垂直射入磁感应强度为2T的匀强磁场中，电子所受洛伦兹力的大小为______N（电子电荷量的大小为e），洛伦兹力对电子做功的功率为______W。12.如图所示，矩形线圈abcd的匝数为n，边长ab=cd=L1，ad=bc=L2，线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向成θ角，此时穿过线圈的磁通量为______；若将线圈绕ad边转过90°角，使其平面与磁场方向垂直，则此过程中磁通量的变化量为______。（示意图：一个矩形线圈abcd，放置在匀强磁场中，磁场方向与线圈平面有一夹角θ）三、计算题（本题共3小题，共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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）13.（12分）如图所示，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，有一根长L=0.4m的直导线ab，通过I=3A的电流。导线可以绕垂直于磁场的轴O自由转动，已知ao=0.1m，ob=0.3m。求：（1）导线ab所受安培力的大小；（2）导线ab所受安培力对轴O的力矩大小。（示意图：一个垂直纸面向外的匀强磁场B，有一根水平导线ab，O点在ab上，靠近a端，ao短，ob长，电流方向从a到b）14.（14分）如图所示，在xOy平面内，有一个半径R=0.2m的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B=0.5T，方向垂直纸面向里，磁场圆心O'的坐标为（0.2m，0）。一质量m=9×10^-31kg、电荷量q=1.6×10^-19C的电子，从坐标原点O以初速度v0沿x轴正方向射入磁场。不计电子重力。求：（1）电子在磁场中做圆周运动的半径r；（2）电子离开磁场时的位置坐标。（示意图：xOy坐标系，原点O，在x轴正方向0.2m处有一圆心O'，以O'为圆心有一半径0.2m的圆，圆内有垂直纸面向里的磁场。电子从O点沿x轴正方向射入）15.（18分）如图所示，水平放置的平行金属导轨间距L=0.5m，左端接有阻值R=1Ω的电阻，处在磁感应强度B=0.4T、方向竖直向下的匀强磁场中。质量m=0.1kg的导体棒ab垂直导轨放置，与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。现用水平向右的恒力F拉导体棒ab，使其从静止开始运动。当导体棒的速度达到v=2m/s时，加速度a=1m/s²。不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度g取10m/s²。求：（1）此时导体棒ab产生的感应电动势E的大小；（2）此时通过电阻R的电流I的大小和方向（从a到b或从b到a）；（3）水平恒力F的大小。（示意图：水平放置的两根平行导轨，左端连接电阻R，导轨间有垂直纸面向下的磁场B，一根导体棒ab垂直跨在导轨上，有一个水平向右的力F拉ab）参考答案与解析一、选择题1.C解析：磁感线是为了形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，A错误；磁感线的切线方向表示磁场方向，若两条磁感线相交，则交点处有两个磁场方向，这与事实不符，B错误；磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，C正确；小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，D错误。2.B解析：当通电导线与磁场方向平行时，导线不受安培力，但磁场依然存在，A错误；磁感应强度是描述磁场本身性质的物理量，与F、I、L无关，C错误；磁场中某处磁感应强度的方向与通电导线在该处所受安培力的方向垂直，D错误。3.B解析：安培力F=BIL，当电流I增大为原来的两倍，其他条件不变时，F也增大为原来的两倍，B正确。4.B解析：判断直线电流周围磁场方向时，大拇指指向电流方向，四指指向磁感线环绕方向，A错误；判断环形电流中心轴线上磁场方向时，四指指向环形电流方向，大拇指指向中心轴线的磁场方向，B正确；判断通电螺线管内部磁场方向时，四指指向螺线管中电流的环绕方向，大拇指指向螺线管内部的磁场方向（即N极），C错误；安培定则适用于各种电流的磁场方向判断，D错误。5.B解析：带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动时，轨迹半径r=mv/(qB)。若r增大，可能是m增大、v增大、q减小或B减小，B正确，A、C错误；若粒子运动方向与磁场方向夹角变小，其垂直磁场方向的速度分量变小，半径应减小，D错误。6.D解析：当平板突然向右加速时，磁铁由于惯性有向左运动的趋势。两磁铁靠近的部分为异名磁极（左S右N和左N右S），相互吸引。若最大静摩擦力足够大，两磁铁可能相对平板静止，C项有可能性；若静摩擦力不足以提供所需加速度，磁铁会相对平板向左滑动，由于相互吸引力，间距可能减小，但题目选项中D项“可能相对平板滑动，且间距增大”需结合具体加速度和摩擦力分析，在某些情况下，若两磁铁质量不同或摩擦力不同，也可能出现间距变化，综合考虑D项也有可能。但C项“可能都相对平板静止”是完全可能的，而D项的“间距增大”在吸引力作用下较难发生。本题最优选项为C。（注：原D选项描述“间距增大”在常规情况下吸引力会使间距有减小趋势，但若考虑磁铁惯性滑行距离不同，或存在其他复杂因素，C选项“可能都相对静止”是最直接的可能性。）7.A解析：导线静止在斜面上，受力平衡。重力沿斜面向下的分力mgsinθ应与安培力平衡。磁场方向垂直斜面向上，电流方向垂直纸面向外，由左手定则可判断安培力沿斜面向上。大小关系：BIL=mgsinθ，解得B=mgsinθ/(IL)，A正确。8.C解析：粒子在速度选择器中受力平衡，qE=qvB1，从偏转磁场中轨迹可知粒子向下偏转，根据左手定则，若磁场垂直纸面向里，则粒子带正电，A错误；速度选择器中电场力与洛伦兹力平衡，若粒子带正电，电场力向右，则洛伦兹力向左，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，B错误；进入偏转磁场后，r=mv/(qB2)，速度v相同，B2相同，r越大，比荷q/m越小，右侧粒子半径大，比荷小，质量m=qrB2/v，若电荷量q相同，则右侧粒子质量大，左侧粒子质量小，但若q不同，则无法直接比较质量，C正确，D错误。二、填空题9.南（或S），水平向北解析：地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。赤道处地磁场方向大致沿地理子午线由南向北。10.0.4，左手解析：F=BIL=0.4T×2A×0.5m=0.4N。安培力方向用左手定则判断。11.2e×10^6（或具体数值3.2×10^-13），0解析：洛伦兹力f=evB=e×1×10^6m/s×2T=2e×10^6N。洛伦兹力始终与速度方向垂直，不做功，功率为0。12.nBL1L2sinθ，nBL1L2(1-sinθ)解析：磁通量Φ=BSsinθ（θ为磁场与平面法线夹角，题目中θ为磁场与平面夹角，故有效面积投影为Ssinθ），S=L1L2，匝数为n时，穿过线圈的磁通量为nBL1L2sinθ。转过90°后，平面与磁场垂直，θ变为90°，sinθ变为1，磁通量变为nBL1L2，变化量为nBL1L2-nBL1L2sinθ=nBL1L2(1-sinθ)。三、计算题13.解：（1）整个导线在磁场中，安培力F=BIL=0.5T×3A×0.4m=0.6N。（2）安培力对轴O的力矩等于ao段和ob段所受安培力对O点的力矩之和。ao段长度L1=0.1m，所受安培力F1=BIL1=0.5×3×0.1=0.15N，方向垂直ab向上（由左手定则），力臂为L1/2，力矩M1=F1×(L1/2)=0.15×0.05=0.0075N·m。ob段长度L2=0.3m，所受安培力F2=BIL2=0.5×3×0.3=0.45N，方向垂直ab向上，力臂为L2/2，力矩M2=F2×(L2/2)=0.45×0.15=0.0675N·m。总力矩M=M1+M2=0.0075+0.0675=0.075N·m。（另解：整个导线所受安培力等效作用于中点，力臂为(ob-ao)/2=0.1m，M=F×0.1m=0.6×0.1=0.06N·m？此处需注意：当轴不在中点时，等效作用点是否在中点？严格讲，均匀磁场中直导线所受安培力的合力作用点在导线中点。则导线中点离O点距离为(0.5m/2-0.1m)=0.15m（若以a为起点，O在0.1m处，中点在0.25m处，距离O点0.15m）。则力矩M=F×0.15m=0.6×0.15=0.09N·m。此前分段计算有误，F1和F2方向相同，力臂应分别为O到各自段中点的距离。ao段中点到O：0.05m，ob段中点到O：0.15m。M1=0.15×0.05=0.0075，M2=0.45×0.15=0.0675，总和0.075N·m。而等效中点法：