專題3.34 磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量（原卷版）

2020年高考物理100考點(diǎn)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(qiáng)度的測量一．選擇題1..（2019遼寧沈陽三模）目前有一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁強(qiáng)計(jì)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(qiáng)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(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)。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(gè)側(cè)面間的電勢差為U。則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和電極M、N的正負(fù)為（）A．，M正、N負(fù)B．，M負(fù)、N正C．，M負(fù)、N正D．，M正、N負(fù)2．如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度，天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I時(shí)，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(shí)(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(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為QUOTEB．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為QUOTEC．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為QUOTED．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為QUOTE3.如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度.天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L，共有n匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)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(shí)，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(shí)，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(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為C．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為4.如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列各選項(xiàng)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，天平最容易失去平衡的是（

）

A.

B.

C.

D.

5．電流天平可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。測量前天平已調(diào)至平衡，測量時(shí)，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(gè)質(zhì)量為、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路中，不計(jì)連接導(dǎo)線對線圈的作用力，電源電動(dòng)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(shí)，天平正好平衡，此時(shí)電壓表讀數(shù)為U。已知，取重力加速度為g，則（）A.矩形線圈中電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向B.矩形線圈的電阻C.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小D.若僅將磁場反向，在左盤中再添加質(zhì)量為的砝碼可使天平重新平衡二．計(jì)算題1．1879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(shí)，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)體中垂直于電流和磁場的方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向電勢差，這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)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abcd－a′b′c′d′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abb′a′面垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.在導(dǎo)體中通有垂直于bcc′b′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(gè)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H＝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(qiáng)度的探頭，有些探頭的體積很小，其正對橫截面(相當(dāng)于圖甲中的abb′a′面)的面積可以在0.1cm2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(qiáng)度．如圖乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng)計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)．①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中，對控桿的放置方位要求為：______________.②要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度大小的表達(dá)式：_____________.2.現(xiàn)在很多家庭或者單位剛裝修結(jié)束，都要進(jìn)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．Ⅰ區(qū)為電場加速區(qū)，Ⅱ區(qū)為無場區(qū)，Ⅲ區(qū)為電場檢測區(qū)．已知Ⅰ區(qū)中AB與CD兩極的電勢差為U，距離為L，Ⅱ區(qū)中CE與DF兩板的間距為d，板長為4L，Ⅲ區(qū)中EF與GH間距足夠大，其內(nèi)部勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為eq\f(U,2L)，方向水平向左．假設(shè)大量相同的正離子在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(dá)CD極時(shí)的速度大?。?2)該裝置可以測出離子從AB極出發(fā)，經(jīng)過Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，最后返回EF端的總時(shí)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Ⅲ區(qū)的勻強(qiáng)電場換成如圖乙所示的勻強(qiáng)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(jìn)入磁場進(jìn)行分離．假設(shè)