高中物理选修31课时作业1833 几种常见的磁场.docx
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高中物理选修31课时作业1833几种常见的磁场
第3节 几种常见的磁场
基础过关
1.英国物理学家法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念，并引入电场线和磁感线来描述电场和磁场，为经典电磁学理论的建立奠定了基础。
下列相关说法正确的是（ ）
A.电荷和电荷、通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过电场发生的
B.磁体和磁体、磁体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的
C.电场线不可能相交，磁感线可能相交
D.通过实验可以发现电场线和磁感线是客观存在的
[解析] 电荷和电荷之间的相互作用是通过电场发生的，通电导体和通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的，A错误；磁体和磁体、磁体和通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的，B正确；电场线和磁感线都不能相交，否则在交点处的电场或磁场的方向有两个，与事实不符，C错误；电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假象曲线，实际不存在，D错误。
[答案] B
2.（2017·湖北宜昌夷陵区月考）如图1所示，长直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者串联在同一电路中，它们之间相距较远，产生的磁场互不影响，开关S闭合后，图中所示的四个可自由转动的小磁针a、b、c、d的北极（黑色一端）静止时的指向正确的是（ ）
图1
A.aB.bC.cD.d
[解析] 可自由转动的小磁针在磁场中静止时的北极指向与其所在处磁感线的方向一致，通电直导线AB周围的磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆，且都在与导线垂直的平面上，其方向为逆时针方向（俯视），A错误；通电螺线管C周围的磁感线分布与条形磁铁周围的磁感线分布相似，可知小磁针b处的磁感线方向由右指向左，小磁针c处的磁感线方向由左指向右，B正确，C错误；电磁铁D周围的磁感线分布与蹄形磁铁周围的磁感线分布相似，可知小磁针d处的磁感线方向是由左指向右，D错误。
[答案] B
3.（2017·福建晋江期中）如图2所示是某个磁场的磁感线分布，则A点和B点的磁感应强度的大小关系是（ ）
图2
A.A点的磁感应强度大
B.B点的磁感应强度大
C.A点的磁感应强度等于B点的磁感应强度
D.无法确定
[解析] 电场线的疏密表示磁感应强度的大小，由图象知A处的磁感应强度大于B处的，A正确。
[答案] A
4.（多选）如图3所示，一带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧A处和环上方B处分别放两个小磁针，平衡后小磁针北极的指向是（ ）
图3
A.A处指向左B.A处指向右
C.B处指向左D.B处指向右
[解析] 带负电的金属环旋转时，形成了与转动方向相反的环形电流，此环形电流在A处产生的磁场方向向左，在B处产生的磁场方向向右，所以平衡后小磁针北极在A处指向左，在B处指向右，A、D正确。
[答案] AD
5.（多选）（2017·山西太原五中期末）在隧道工程以及矿山爆破作业中，部分未发爆的炸药残留在爆破孔内，很容易发生人身伤亡事故。
为此，科学家制造了一种专门的磁性炸药，在磁性炸药制造过程中掺入了10%的磁性材料——钡铁氧体，然后放入磁化机磁化。
磁性炸药一旦爆炸，即可安全消磁，而遇到不发爆的情况可用磁性探测器测出未发爆的炸药。
已知掺入的钡铁氧体的消磁温度约为400℃，炸药的爆炸温度约2240～3100℃，一般炸药引爆温度最高为140℃左右，以上材料表明（ ）
A.磁性材料在低温下容易被磁化
B.磁性材料在高温下容易被磁化
C.磁性材料在低温下容易被消磁
D.磁性材料在高温下容易被消磁
[解析] 由安培分子电流假说可知，低温情况下，分子运动不剧烈，在外磁场的作用下，分子环形电流的磁极趋向基本一致，因而易被磁化，而高温时，分子剧烈运动，导致趋向基本一致的分子环形电流的磁极趋向重新变得杂乱无章，进而达到消磁目的，A、D正确。
[答案] AD
6.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图4所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（ ）
图4
A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定
[解析] 设在位置1时磁通量大小为Φ1，位置2时磁通量大小为Φ2。
第一次将金属框由1平移到2，穿过线框的磁感线方向没有改变，磁通量变化量ΔΦ1＝Φ1－Φ2；第二次将金属框绕cd边翻转到2，穿过线框的磁感线的方向发生改变，磁通量变化量ΔΦ2＝Φ1＋Φ2，ΔΦ1<ΔΦ2，C正确。
[答案] C
7.如图5所示的磁场中垂直磁场放置两个面积相同的闭合线圈S1（左）、S2（右），由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是（ ）
图5
A.穿过线圈S1的磁通量比较大
B.穿过线圈S2的磁通量比较大
C.穿过线圈S1、S2的磁通量一样大
D.不能比较
[解析] 穿过线圈S1的磁感线条数多，故穿过线圈S1的磁通量比较大。
[答案] A
能力提升
8.（多选）（2017·湖北黄冈期中）关于磁场、磁感线和电场线，下列说法正确的是（ ）
A.磁感线是闭合曲线，而静电场线不是闭合曲线
B.磁感线和电场线都是一些相互平行的曲线
C.地磁场的磁感线起于地球的北极附近，终止于地球的南极附近
D.在赤道正上方，距地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北
[解析] 磁体周围的磁感线从N极出发回到S极，在内部则是从S极回到N极，磁感线是闭合曲线，电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，静电场线不是闭合曲线，A正确；磁感线和电场线不一定互相平行，B错误；磁体周围的磁感线从N极出发回到S极，在内部则是从S极回到N极，故地磁场的磁感线起于地球的地理南极，进入地球的地理北极，不是终止，C错误；地磁场在赤道正上方，距地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北，D正确。
[答案] AD
9.（多选）两根通电的长直导线平行放置，电流分别为I1和I2，电流的方向如图6所示。
在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面连线的延长线上，c、d在导线横截面连线的垂直平分线上。
导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是（ ）
图6
A.a点B.b点C.c点D.d点
[解析] 两导线在a、b两点产生的磁场方向相反，磁感应强度可能为零，两导线在c、d两点产生的磁场方向成一夹角不共线，磁感应强度不为零，故选项A、B正确。
[答案] AB
10.（多选）如图7所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD为正方形，边长为L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法正确的是（ ）
图7
A.穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2
B.穿过BCFE平面的磁通量大小为
B0L2
C.穿过ADFE平面的磁通量大小为零
D.穿过ABCD平面的磁通量大于穿过BCFE平面的磁通量
[解析] 根据Φ＝BS⊥，因此通过ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2cos45°＝
B0L2，A错误；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lcos45°＝
L，所以平面BCFE的面积S＝BC·CF＝
L2，因而Φ′＝B0S＝
B0L2，B正确，D错误；平面ADFE在与B0的垂直方向上的投影面积为零，所以穿过的磁通量为零，C正确。
[答案] BC
11.已知山东中部地面处地磁场的磁感应强度约为3×10－5T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。
他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上，如图8所示。
小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向。
请在图上标明螺线管导线的绕向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小。
（保留一位有效数字）
图8
[解析]
接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管的磁场的叠加磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判定螺线管导线绕向如图所示。
由题意知地磁场的磁感应强度为By＝3×10－5T，设通电螺线管产生的磁场为Bx。
由图知
＝tan60°得Bx＝3×10－5×
T≈5×10－5T。
[答案] 螺线管导线的绕向见[解析]图 5×10－5T
12.如图9所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为10cm。
现于纸面内先后放上a、b两个圆形单匝线圈，圆心均在O处，a线圈半径为10cm，b线圈半径为15cm，问：
图9
（1）在B减为0.4T的过程中，a和b中磁通量分别改变多少？
（2）磁感应强度B大小不变，磁场方向绕直径转过30°过程中，a线圈中磁通量改变多少？
（3）磁感应强度B大小、方向均不变，线圈a绕直径转过180°过程中，a线圈中磁通量改变多少？
[解析]
（1）a线圈面积正好与圆形磁场区域重合，
Φ1＝Bπr2，Φ2＝B1πr2，
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|（B1－B）πr2|＝1.256×10－2Wb，
b线圈面积大于圆形磁场面积，即线圈的一部分面积在磁场区域外，有磁感线穿过的面积与a线圈相同，故磁通量的变化量与a线圈相同。
（2）磁场转过30°，a线圈面积在垂直磁场方向的投影为πr2cos30°，则Φ＝Bπr2cos30°，
ΔΦ＝|Φ－Φ1|＝Bπr2（1－cos30°）≈3.4×10－3Wb。
（3）以线圈a正对读者的一面为观察对象，初状态磁感线从该面穿入，线圈转180°后，磁感线从该面穿出，故ΔΦ＝BS－（－BS）＝2BS＝5.0×10－2Wb。
[答案] 见[解析]
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