物理-选修-3-1-教师教学用书-补充习题第3章-磁场(共5页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上选修31 第三章 磁场 教师教学用书 五、补充习题 A组1如图3-14所示，有一束电子正在y轴上向y轴正方向移动，则它在z轴上某点A处产生的磁场方向为（） A沿x轴的正方向 B沿x轴的负方向 C沿z轴的正方向 D沿z轴的负方向2如图3-15所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由I平移到II，第二次将金属框由I绕cd边翻转到II，设先后两次通过金属框的磁通量的变化分别为1和2，则（）A1>1 B1=1 C1<1 D1= -13如图3-16所示的通电螺旋管的正上方有一金属圆环，讨论以下两种情况金属环中磁通量怎样变化？（1）仅电流I增大； （2）仅金属环的半径R增大。4放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时，位置是怎样的？两位同学的回答相反。甲说“小磁针的位置如图3-17甲，因为管内的磁感线向右，所以小磁针的N极指向右方” 。乙说“小磁针的位置如图3-17乙，因为通电螺线管的N极在右侧，根据异名磁极相吸的原理可知，小磁针的S极指向右方” 。你的看法是怎样的？他们谁的答案错了？错在哪里？5有两条垂直交叉、但不接触的导线通过大小相等的电流I，如图3-18所示，则磁感应强度B=0的区域必定在第几象限？ 6如图3-19，金属杆b的质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，结果ab静止且紧压于水平导轨上。若磁场方向与导轨平面成角，求：（1）棒b受到的摩擦力；（2）棒对导轨的压力7如图3-20所示，以MN为界的两匀强磁场，磁感应强度B1 =2B2，方向均为垂直纸面向里，现有一量为m、电荷量为q的正粒子，从O点沿图示方向进入B1中。（1）试画出此粒子的运动轨迹；（2）求经过对长时间粒子重新回到O点？ 8如图3-21所示，铝圆环和磁铁在同一平面内，当圆环通人电流瞬间，方向如图所示，圆环将（ ）A左边向里，右边向外，转动同时向磁铁靠近B左边向外，右边向里，转动同时向磁铁靠近 C左边向里，右边向外，转动同时与磁铁远离D圆环不会转动，但向磁铁靠近9如图3-22所示，在第一象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场， 一对正、负电子分别以完全相同的速度从原点射入磁场，速度方向与Z轴成=30°角，求正、负电子在磁场中运动时间之比。10如图3-23所示，在与水平方向成60。角的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求:（1）匀强磁场的磁感应强度；（2）b棒对导轨的压力。11汤姆孙提出的测定带电粒子的比荷（q/m）的实验原理如图3-24所示。带电粒子经过电压为U的加速电场加速后，垂直于磁场方向进入宽为L的有界匀强磁场，带电粒子穿过磁场时发生的偏转位移是d，若磁场的磁感应强度为B。求带电粒子的比荷。12在同一水平面内相距2m的两导轨互相平行，置于磁感应强度大小为1.2 T，方向竖直向上的匀强磁场中，一质量为3.6kg的铜棒垂直放在导轨上，当棒中的电流为5A时，棒沿导轨做匀速直线运动。那么当棒中的电流为5A时，棒的加速度大小为多大？补充习题 B组1有一段通电直导线，长为0.01m，电流为5A，把它放入磁场中某一位置，受到磁场力为0.1N，则该处的磁感强度B的大小为（ ）AB=1T B B=2T CB2T DB2T2如图3-25所示，一个带负电的橡胶圆盘处在竖直面内，可以绕过其圆心的水平轴高速旋转，当它不动时，放在它左侧轴线上的小磁针处于静止状态，当橡胶圆盘从左向右看逆时针高速旋转时，小磁针的N极（ ）A不偏转 B向左偏转 C向右旋转 D向纸内旋转3如图3-26所示，两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通人两个铝环中，则两个铝环的运动情况是（ ）A都绕圆柱体转动B彼此相向运动且具有太小相等的加速度 C彼此相向运动电流大的加速度大D彼此背向运动电流大的加速度大 4如图3-27所示条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住处于静止状态。为垂直纸面放置的直导线的横截面，导线中无电流时，磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有电流通过时，弹簧的伸长量增大了，此时磁铁对斜面的压力为FN2，则（） AFN1<FN2，中电流方向向外 BFNI =FN2，中电流方向向里 CFN1>FN2，中电流方向向外D FN1<FN2，中电流方向向里 图3-285如图3-28所示是磁流体泵的示意图。已知磁流体泵是高为h的矩形槽，槽左右相对两侧壁是导电板，它们之间的距离为l,两导电板加上电势差为U的电场，垂直于纸面的前后两非导电板间加上磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，槽的下部与水银面接触，上部与竖直的非导电管相连。已知水银的密度为，电阻率为r，重力加速度为g。试问:（1）水银能上升的条件；（2）在满足（1）问的条件下，水银能上升的高度。 6如图3-29-劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框bed， be边长为I，线框下边部分处于匀强磁场中，磁感应强度大小为E，方向与线框平面垂直向里，线框中通以如图方向的电流，开始时线框处于平衡状态，现令磁场反向，磁感应强度大小仍为E，线框达到新的平衡。求此过程中线框位移的大小x和位移方向。7如图3-30所示，质量m=0lg的小球，带有q=5×10-4C的正电荷，套在一根与水平方向成=37。角的绝缘杆上。小球可以沿杆滑动，与杆间的动摩擦因数µ=04，这个装置放在磁感强度B=05 T的匀强磁场中，求小球无初速释放后沿杆下滑的最大加速度和最大速度。8如图3-31所示，在B=0.1 T的匀强磁场中画出 边长为L=8cm的正方形EFGH，内有一点p，它与EH和HG的距离均为1cm，在P点有一个发射正离子的装置，能够连续不断地向纸面内的各个方向发射出速率不同的正离子，离子的质量为1.0×10-14kg，电荷量为1.0×lO-5C，离子的重力不计，不考虑离子之间的相互作用。（计算结果保留根号）（1）速率为5×106m/s的离子在磁场中运动的半径是多少厘米？（2）速率在什么范围内的离子不可能射出正方形区域？（3）速率为5×106m/s的离子在GF边上离G的距离多少厘米的范围内可以射出。 （4）离子要从GF边上射出正方形区域，速度至少应有多大？ 参考答案A组1B 提示：电荷定向移动形成电流，当电子沿y轴正方向移动时，相当于导线中通以沿y轴负方向的电流，根据安培定则可知，在Qzy平面内的y轴上方，磁场方向是垂直于Qzy平面指向x轴的负方向，故本题正确选项为B。2C 提示：设位置I的磁场通量为，位置的磁通量为，则1=, 2=()=。3提示：（1）环中磁通量增大，因为环内磁感应强度增大；（2）环内磁通量减小。因为磁感线是封闭的，向上穿出螺旋管的磁感应线都要向下回到螺旋管内，当环的半径增大时会把环外部分由上向下的感应线划进环中，这样就部分抵消了环中原有的由下向上的磁通量，所以磁通量减小。4甲的说法正确。提示：在磁场中保持静止的小磁针。它的N极一定指向磁感线的方向，这是普通适用的。而“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于两个磁体互为外部时磁极间的相互作用。 5提示：B=0的区域是、象限。因为这两个象限内两个导线电流的磁场方向相反。6提示：棒ab受重力、安培力和摩擦力的作用而处于静止状态，由平衡条件得到：（1）Ff=Fsin=BILsin；（2）FN=mgF=mgBIL。7（1）粒子运动轨迹如图3-32所示。（2）提示：由图示轨迹可知，粒子重新回到O点前，并在磁场B1中转过了两个半圈，在磁场B2中转过了一个半圈，所以一共经过的时间8A 提示：铝圆环及其电流可以等效于一个小磁针，该磁针的N极指向纸面内，S极指向纸面外，所以环转动，同时向磁铁靠近。92:1 提示：正负电子在磁场中运动的半径相等，但受到的洛伦兹力方向相反，正电子在磁场中的轨迹所对圆心角为120°，负电子的轨迹所对圆心角为60°，所以运动时间之比为2:1。10（1）T；（2）6N 提示：导体ab处于静止状态，则其处于受力平衡状态，所以沿斜面方向有：mgsin60°=FA cos 60°，垂直于斜面方向有：FN=mgcos 60°+FAsin 60°，式中FA=BIL，由以上三式可得B=T，FN=6N。11 提示：根据粒子运动轨迹确定其圆心，根据几何关系得到粒子做圆周运动的半径R=，由粒子做圆周运动规律可知：R=，又有qU=由以上各式可得。12 2m/s2 提示：当棒中电流为5A时，棒处于平衡状态，Ff=F=BIL=1.2×5×2N=12N。当棒中电流为8A时，根据牛顿第二定律：BILFf=ma，即a=2 m/s2。B组1C 提示：由安培力F=BILsin，由于sin=1，B=2T，所以该处的磁感应强度B2T，正常选项为C。2当橡胶圆盘转动起来后，形成了环形电流（由于圆盘带负电，电流方向与转动方向相反），在其周围产生磁场，由安培定则可判定小磁针所在位置处的磁场方向为沿轴线向右，故小磁针的N极将向右偏转。3B 提示：两个通有电流的铝环可等效看做两个磁体，a环的右侧为磁体的N极，b环的左侧为磁体的S极，所以两环互相吸引，相向运动；由牛顿第三定律可知，a 对b环的作用力与b对a环的作用力必是等大反向，故两环具有大小相等的加速度。所以本题正确选项为B。4D 提示：导线中有电流通过时弹簧的伸长量增大，这说明通电导线对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力，由于导线离N极较近，所以可以肯定电流对N极的作用力有沿着斜面向下的分力（电流对S极的作用有沿着斜面向上的分力），所以电流周围的磁感线是顺时针方向（可以判定导线中的电流方向向里），所以通电导线对磁铁N极的作用力方向为斜向左下方，故磁体对斜面的压力将增大。本题正确选项为D。5（1）BUprgl； 提示：设矩形槽前后两壁之间的距离为d，在水银面上取一高为x(x很小)水银柱作为研究对象，则水银柱所受重力G=mg=plxdg。左右两侧壁之间的水银柱电阻R=r，故电流I=，所以水银柱受到的安培力大小为F=BIl=Bl=。当FG，即plxdg，BU prgl时，水银能上升。（2） 提示：由于水银柱上升的条件与x无关，所以水银柱最终稳定时必定充满整个矩形槽且有一部分进入非导电管。设水银上升的高度为H，则整个水银柱在底部产生的压强为p=pgH，水银柱所受安培力F=BIl=Bl=，它产生的压强p=,当p=p时，水银柱稳定，所以有H=。6提示：设第一次弹簧伸长量为x1，第二次为x2，则kx1+nBIl=mg；kx2nBIl = mg 。由此可得x=x2x1=，方向向下。76m/s2，9.2m/s 提示：小球可以从静止开始沿杆下滑，由左手定则判断得小球所受的洛伦兹力方向垂直于杆向上，随着下滑速度的增大，洛伦兹力也增大，杆给球的弹力先由垂直于杆向上逐浙减小为0，再由垂直杆向下逐浙增大，小球开始阶段的受力情况如图3-33所示，由牛顿第二定律得：mgsinFf=ma，Ff=uFN而qvB+FN-mgcos=0当Ff=0时，即v= cos时，小球的加速试最大，此时am=gsin=10×m/s2=6m/s2而当a=0,即mgsin=uFN=u(qvBmgCOS)时，小球的速度最大，此时 vm=9.2m/s8（1）r1=，r1=5cm；(2)不能。提示：运动直径小于1cm的粒子不能射出正方形，即速率小于5×10 5 m/s的离子不能射出正方形区域；（3）提示：这种粒子的半径是5cm，它首先要不射出HG边才有可能射出GF边，所以运动轨迹恰与HG相切是一个临界条件；另一个临界条件是恰与GF边相切，所以离G的距离x范围为2x（1-）cm的范围内这种离子可以射出GF边；（4）至少（8-）×106m/s 提示：运动轨迹既与HG相切又与GF相切是所有射出GF的轨迹中半径最小的，该轨迹对应的速率为（8-）×106m/s,所以速率至少为（8-）×106m/s的离子才能够射出GF边。专心-专注-专业