高考物理--磁感應(yīng)強度的測量(解析版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2020年高考物理100考點最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分 磁場專題3.34 磁感應(yīng)強度的測量一選擇題1.（2019遼寧沈陽三模）目前有一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強度。磁強計的原理如圖所示，電路有一段金屬導(dǎo)體，它是長為a、寬為b、高為c的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流。已知該金屬導(dǎo)體單位長度中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過程中，自由電子所做的定向移動可視為勻速運動。兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測出金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U。則磁感應(yīng)強度的大小和電極M、N的正負(fù)為（

2、 ）A，M正、N負(fù) B，M負(fù)、N正C，M負(fù)、N正 D，M正、N負(fù)【參考答案】.C【命題意圖】本題以用于測定地磁場的磁感應(yīng)強度的“磁強計”為情景，考查洛倫茲力、電場力及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】沿電流反方向的金屬導(dǎo)體中的電子進入磁場受到洛倫茲力，由左手定則，電子所受洛倫茲力方向指向電極M，所以電極M為負(fù)極，電極N為正極。金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U，則金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面之間的電場強度E=U/b，由平衡條件eE=evB，而金屬導(dǎo)體中的電流I=nvecb，聯(lián)立解得：B=，選項C正確。2如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強度，天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈下部懸在勻強磁場中，

3、磁場方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I時，方向如圖，在天平左、右兩邊各加質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼，天平平衡；當(dāng)電流反向時(大小不變)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知()A磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為B磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為C磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向外，大小為D磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向外，大小為【參考答案】B【名師解析】當(dāng)B的方向垂直紙面向里，開始線圈所受安培力的方向向下，電流方向相反，則安培力方向反向，變?yōu)樨Q直向上，相當(dāng)于右邊少了兩倍的安培力大小，所以需要在右邊加砝碼，則有，所以，故B正確，A錯誤；當(dāng)B的方向垂直紙面向外，開始線圈所受安培力的方向向

4、上，電流方向相反，則安培力方向反向，變?yōu)樨Q直向下，相當(dāng)于右邊多了兩倍的安培力大小，所以需要在左邊加砝碼，故C、D錯誤。3.如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強度.天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為L，共有n匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面.當(dāng)線圈中通有電流I（方向如圖）時，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡.當(dāng)電流反向（大小不變）時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知（   ）A磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為B磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為C磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向外，大小為D磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向

5、外，大小為【參考答案】B【名師解析】因為當(dāng)電流方向改為反向時，右邊需要加上質(zhì)量m，天平才能重新平衡，說明當(dāng)電流反向時，安培力方向由向下改為向上，所以磁場方向是垂直紙面向里的；又因為電流方向未改變時，由受力平衡有m1g=m2g+nBIL+G(G為線圈重力) 電流反向時有m1g="m2g+mg-nBIL+G " 由式可得mg=2nBIL所以B=.故只有B選項正確.4.如圖所示，用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度，下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長NM相等，將它們分別掛在天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)，若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易

6、失去平衡的是（   ）A.  B.   C.   D. 【參考答案】A 【名師解析】由題意知，當(dāng)處于磁場中的導(dǎo)體，受安培力作用的有效長度越長，根據(jù)知受安培力越大越容易失去平衡，由圖知選項A中導(dǎo)體的有效長度最大，所以A正確。5電流天平可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小。測量前天平已調(diào)至平衡，測量時，在左邊托盤中放入質(zhì)量為m的砝碼，右邊托盤中不放砝碼，將一個質(zhì)量為m0、匝數(shù)為n、下邊長為L的矩形線圈掛在右邊托盤的底部，再將此矩形線圈的下部分放在待測磁場中。如圖甲所示，線圈的兩頭連在如圖乙所示的電

7、路中，不計連接導(dǎo)線對線圈的作用力，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)可變電阻至R1時，天平正好平衡，此時電壓表讀數(shù)為U。已知m0m，取重力加速度為g，則（ ）A. 矩形線圈中電流的方向為逆時針方向B. 矩形線圈的電阻R=E-UUr-R1C. 勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小B=m0-mrgnE-UlD. 若僅將磁場反向，在左盤中再添加質(zhì)量為2m0m的砝碼可使天平重新平衡【參考答案】AC【名師解析】對矩形線圈受力分析可知所受安培力向上，再由左手定則可知矩形線圈中電流的方向為逆時針方向，故A正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=E-UR+R1r，解得矩形線圈的電阻R=UrE-U-R1，故B錯誤；根

8、據(jù)平衡條件可得m0g-F=mg，而F=nBIl，I=E-Ur，解得勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小B=(m0-m)grn(E-U)l，故C正確；開始線圈所受安培力的方向向上，僅將磁場反向，則安培力方向反向，變?yōu)樨Q直向下，相當(dāng)于右邊多了兩倍的安培力大小，所以需要在左邊加砝碼，添加質(zhì)量為m=2Fg=2(m0-m)的砝碼可使天平重新平衡，故D錯誤；故選AC?！军c睛】天平平衡后，僅將磁場反向時，安培力方向反向，則右邊相當(dāng)于多了或少了兩倍的安培力大小。二計算題11879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時，發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng)：將導(dǎo)體置于磁場中，并沿垂直磁場方向通入電流，則在導(dǎo)體中垂直于電流和

9、磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差，這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng)，這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差(1)如圖甲所示，某長方體導(dǎo)體abcdabcd的高度為h、寬度為l，其中的載流子為自由電子，自由電子電荷量為e，導(dǎo)體處在與abba面垂直的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B0.在導(dǎo)體中通有垂直于bccb面的恒定電流，若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I，橫向霍爾電勢差為UH，此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)為_(2)對于某種確定的導(dǎo)體材料，其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值，人們將H1nq定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強度的探頭，有些探頭的體積很小，其正對橫

10、截面(相當(dāng)于圖甲中的abba面)的面積可以在0.1 cm2以下，因此可以用來較精確地測量空間某一位置的磁感應(yīng)強度如圖乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強度的儀器，其中探頭裝在探桿的前端，且使探頭的正對橫截面與探桿垂直這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I，又可以監(jiān)測探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH，并自動計算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強度的大小，且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強度的過程中，對控桿的放置方位要求為：_.要計算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強度，除了要知道H、I、UH外，還需要知道物理量_推導(dǎo)出用上述物理量表示所測位置磁感應(yīng)強度大小的表達式：_.【參考答案】 B0IeUHl

11、; 應(yīng)調(diào)整探桿的放置位置(或調(diào)整探頭的方位)，使霍爾電勢差達到最大(或使探桿與磁場方向平行；使探頭的正對橫截面與磁場方向垂直；abba面與磁場方向垂直); 探頭沿磁場方向的寬度l; B=UHlHI ;【名師解析】（1）設(shè)單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動的速率為v，則有   I=nehlv當(dāng)形成恒定電流時，自由電子所受電場力與洛侖茲力相等，因此有：evB0=eUHh解得n=B0IeUHl（2）應(yīng)調(diào)整探桿的放置方位（或調(diào)整探頭的方位），使霍爾電勢差達到最大（或使探桿與磁場方向平行；探頭的正對橫截面與磁場方向垂直；ab ba面與磁場方 向垂直）設(shè)探頭中的載流

12、子所帶電荷量為q，根據(jù)上述分析可知，探頭處于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，當(dāng)通有恒定電流I，產(chǎn)生最大穩(wěn)定霍爾電壓UH時，有  qvB=qUHh又因  I=nqhlv和H=1nq聯(lián)立可解得 B=UHlHI所以還需要知道探頭沿磁場方向的寬度l2.現(xiàn)在很多家庭或者單位剛裝修結(jié)束，都要進行空氣檢測和治理某環(huán)保設(shè)備裝置可用于氣體中有害離子的檢測和分離離子檢測的簡化原理如圖甲所示區(qū)為電場加速區(qū)，區(qū)為無場區(qū)，區(qū)為電場檢測區(qū)已知區(qū)中AB與CD兩極的電勢差為U，距離為L，區(qū)中CE與DF兩板的間距為d，板長為4L，區(qū)中EF與GH間距足夠大，其內(nèi)部勻強電場的電場強度為，方向水平向左假設(shè)大量相

13、同的正離子在AB極均勻分布，由初速度為零開始加速，不考慮離子間的相互作用和重力影響，則：(1)AB與CD哪一極電勢高？若正離子的比荷為k，求該離子到達CD極時的速度大小；(2)該裝置可以測出離子從AB極出發(fā)，經(jīng)過區(qū)、區(qū)和區(qū)，最后返回EF端的總時間為t，由此可以確定離子的比荷為k，試寫出k與t的函數(shù)關(guān)系式；(3)若將區(qū)的勻強電場換成如圖乙所示的勻強磁場，則電場檢測區(qū)變成了磁場分離區(qū)，為收集分離出的離子，需在EF邊上放置收集板EP，收集板下端留有狹縫PF，離子只能通過狹縫進入磁場進行分離假設(shè)在AB極上有兩種正離子，質(zhì)量分別為m、M，且1<4，電荷量均為Q，現(xiàn)要將兩種離子在收集板上完全分離，同時為收集更多離子，狹縫盡可能大，試討論狹縫PF寬度的最大值與m、M、d的關(guān)系式(磁感應(yīng)強度大小可調(diào)，不考慮出區(qū)后再次返回的離子)【名師解析】(1)因正離子在AB極與CD極間加速，則知AB極電勢高，離子在AB與CD兩極間加速，由動能定理有qUmv2，離子到達CD極時的速度v.(2)正離子在區(qū)做勻加速直線運動，設(shè)所用時間為t1，則t1 設(shè)離子在區(qū)做勻速直線運動的時間為t2，則t22，離子在區(qū)先勻減速，后反向勻加速，設(shè)加速度為a，所用時