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2021-2022版高中物理 第三章 磁场 3 几种常见的磁场课时作业新人教版选修3-1

2021-2022版高中物理 第三章 磁场 3 几种常见的磁场课时作业新人教版选修3-1

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- 9 -

几种常见的磁场

(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.关于磁现象的电本质,下列说法中正确的是 (　　)
A.磁与电紧密联系,有磁必有电,有电必有磁
B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动
C.永久性磁铁的磁性不是由运动电荷产生的
D.根据安培假说可知,磁体内分子电流总是存在的,因此,任何磁体都不会失去磁性
【解析】选B。运动的电荷才会产生磁场,故A错误;一切磁现象都起源于电流或运动电荷,不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动,故B正确;永久磁铁的磁场也是由运动的电荷(分子电流即电子绕原子核的运动形成的电流)产生的,故C错误;根据安培假说可知,磁体内分子电流总是存在的,因此,磁体内的分子电流的取向变得杂乱无章时,会失去磁性,故D错误。所以B正确,A、C、D错误。
2.如图所示,环形导线中通有顺时针方向的电流I,则该环形导线中心的磁场方向为 (　　)

A.水平向左　　　　
B.水平向右
C.垂直于纸面向里
D.垂直于纸面向外
【解析】选C。题图中电流为环形电流,由右手螺旋定则可得:弯曲四指指向电流方向,大拇指方向为内部磁场方向,所以内部磁场应垂直于纸面向里,故选C。
3.如图所示,线圈平面与条形磁铁的轴线垂直,现将线圈沿轴线由A点平移到B点,穿过线圈磁通量的变化情况是 (　　)

A.变大　　　　　 B.先变大,后变小
C.不变 D.变小
【解析】选D。线圈在N极和S极附近时,磁场较强,磁感线较密,穿过线圈的磁感线较多,磁通量较大,而远离条形磁铁磁极附近,磁场变弱,磁感线较疏,穿过线圈的磁通量较小。故线圈在A处的磁通量比较大。线圈从A到B的过程中磁通量逐渐减小,故D正确,A、B、C错误。
4.(2017·全国卷Ⅲ)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为 (　　)

A.0 B.B0
C. B0 D.2B0
【解析】

选C。如图所示,P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,由几何关系可知B1=B0
如果让P中的电流反向、其他条件不变时,如图所示,由几何关系可知:a点处磁感应强度的大小为B==B0,故C正确,A、B、D错误。

5.如图所示,一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况,下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动) (　　)

A.一直增加
B.一直减少
C.先增加后减少
D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少
【解析】选D。离导线越近,磁场越强,当线框从左向右靠近导线的过程中,穿过线框的磁通量增大,当线框跨在档线上向右运动时,磁通量减小,当导线在线框正中央时,磁通量为零,从该位置向右,磁通量又增大,当线框离开导线向右运动的过程中,磁通量又减小。故A、B、C错误,D正确。
6.如图所示,六根导线互相绝缘通入等值电流,甲、乙、丙、丁四个区域是面积相等的正方形,则方向垂直指向纸内的磁通量最大的区域是 (　　)

A.甲　　　　B.乙　　　　C.丙　　　　D.丁
【解析】选D。根据Φ=BS可得,当S一样的时候,比较磁感应强度,先根据右手定则判断每根通电直导线在每个区域内产生的磁场,然后根据矢量的叠加可得,丁区域的磁场最强,且方向指向纸内,D正确。
【加固训练】
(多选)如图所示,固定的水平长直导线中通有电流I,矩形金属线框与导线在同一竖直平面内。线框位于导线下方,且线框的一边与导线平行,当线框被移动时,关于穿过线框的磁通量的变化情况,下列说法正确的有 (　　)

A.当线框水平向左移动时,穿过线框的磁通量变小
B.当线框水平向右移动时,穿过线框的磁通量不变
C.当线框竖直向下移动时,穿过线框的磁通量变小
D.当线框竖直向下移动时,穿过线框的磁通量不变
【解析】选B、C。根据右手螺旋定则判断出直导线周围的磁场方向,离导线越远,磁场越弱;当线框水平向左或向右移动时,穿过线框的磁通量不变,故A错误,B正确;当线框竖直向下移动时,穿过线框的磁通量变小,故C正确,D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)如图所示,矩形线圈的面积为0.2 m2,放在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中,线圈的一边ab与磁感线垂直,线圈平面与磁场方向成30°角。求:

(1)穿过线圈的磁通量是多大?
(2)当线圈从图示位置绕ab边转过60°的过程中,穿过线圈的磁通量变化了多少?
【解析】(1)图中穿过线框的磁通量为:
Φ=BSsin30°=0.1×0.2× Wb=0.01 Wb;
(2)逆时针方向转过60°时的磁通量,
Φ′=BS=0.02 Wb;
那么ΔΦ=Φ′-Φ=0.01 Wb;
顺时针方向转过60°时的磁通量,
Φ″=-BSsin30°=-0.01 Wb;
那么ΔΦ=Φ-Φ″=0.02 Wb。
答案:(1)0.01 Wb　(2)0.01 Wb或0.02 Wb
8.(12分)如图所示,有一个垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.8 T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1 cm,在纸面内先后放不同的圆形线圈,圆心均在O处,A线圈半径为1 cm,10匝;B线圈半径为2 cm,1匝;C线圈半径为0.5 cm,1匝。

(1)在磁感应强度B减小为0.4 T的过程中,线圈A和B中磁通量变化量的大小分别为多少?
(2)若磁感应强度的大小维持0.8 T不变而方向转过30°,则在此过程中线圈C中磁通量变化量的大小为多少?
【解析】(1)对A线圈:
Φ1=B1·πR2,Φ2=B2·πR2
磁通量变化量的大小
ΔΦA=|Φ2-Φ1|=(0.8-0.4)×3.14×Wb=1.3×10-4Wb
对B线圈:磁通量变化量的大小
ΔΦB=|Φ4-Φ3|=(0.8-0.4)×3.14×Wb=1.3×10-4Wb。
(2)对C线圈:Φc=B·πr2
磁场方向转过30°时,Φ′c=B·πr2cos30°
磁通量变化量的大小
ΔΦc=|Φ′c-Φc|=B·πr2(1-cos30°)=8.4×10-6 Wb。
答案:(1)1.3×10-4 Wb　1.3×10-4 Wb
(2)8.4×10-6 Wb

(15分钟·40分)
9.(6分)如图所示,通有直流电的螺线管内有点a,管外有点b、c,则关于a、b、c三点磁感应强度的大小,正确的说法是 (　　)

A.因b点离磁极最近,磁性最强,其排列应该是Bb>Bc>Ba
B.因为a、b、c三点在同一条磁感线上,所以Bb=Bc=Ba
C.a点在螺线管内部,磁感线最密,其排列顺序应该是Ba>Bb>Bc
D.因通电方向不变,无法判断各点磁感强度的大小
【解析】选C。螺线管的磁场特点是:轴线上各点的磁感应强度内部最大,因为所有磁感线均通过内部,内部磁感线最密集,通电螺线管中轴线上中心两侧对称点的磁感应强度大小基本相等,通电螺线管中轴线上中间有一段各点磁感应强度大小基本不变。所以a点的磁感应强度最大。b点离磁极最近,磁性较强,c点位置磁感线稀疏,磁感应强度最小,故排列顺序应该是Ba>Bb>Bc。故C正确,A、B、D错误。
10.(6分)如图所示,a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内,当线圈a中有电流I通过时,穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc,则 (　　)

A.Φa<Φb<Φc
B.Φa>Φb>Φc
C.Φa<Φc<Φb
D.Φa>Φc>Φb
【解析】选B。a线圈中通过环形电流,根据安培定则可知,通过a线圈内的磁感线方向垂直纸面向里,线圈外的磁感线方向垂直纸面向外,根据磁通量定义可知Фa>Фb>Фc,所以只有选项B正确。
11.(6分)在某些电子电路中常使用如图所示的双线并绕闭合线圈,在同样情况下,这样的做法可以 (　　)

A.减少线圈的电阻大小
B.增加线圈的电阻大小
C.增强线圈内磁场强度
D.减小线圈内磁场强度
【解析】选D。双线的电流大小相等,方向相反,根据右手螺旋定则知,电流产生的磁场方向相反,减小了线圈内的磁感应强度,故D正确。
12.(22分)一个单匝矩形线圈abcd,边长ab=30 cm,bc=20 cm,如图所示,该线圈放在O-xyz直角坐标系内,线圈平面垂直于xOy平面,与x轴和y轴的夹角分别为α=30°和β=60°,匀强磁场的磁感应强度B=1.0×10-2T,计算:当磁场分别沿Ox、Oy、Oz方向时,穿过线圈的磁通量各为多少。

【解析】矩形线圈的面积
S=ab×bc=0.30×0.20 m2=6×10-2 m2
沿三个轴方向的投影的面积
Sx=Scosβ=6×10-2× m2=3×10-2 m2
Sy=Scosα=6×10-2× m2=3×10-2 m2
Sz=0
当磁场方向沿Ox方向时,穿过线圈的磁通量中
Φx=BSx=1.0×10-2×3×10-2 Wb=3×1 Wb
当磁场方向沿Oy方向时,穿过线圈的磁通量中
Φy=BSy=1.0×10-2×3×10-2 Wb=3×10-4 Wb
当磁场方向沿Oz方向时,穿过线圈的磁通量中
Φz=BSz=0
答案:3×10-4 Wb　3×10-4 Wb　0
【加固训练】
(多选)关于安培分子电流假说的说法正确的是 (　　)
A.安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说
B.为了解释磁铁产生磁场的原因,安培提出了假说
C.事实上物体内部都存在类似的分子电流
D.据后来科学家研究,原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符
【解析】选B、C、D。安培为了解释磁铁产生磁场的原因,提出的分子环形电流假说,认为在原子、分子或分子团等物质微粒内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都形成一个微小的磁体。未被磁化的物体,分子电流的方向非常紊乱,对外不显磁性;磁化时,分子电流的方向大致相同,于是对外界显示出磁性,说明了磁现象产生的本质,故A错误,B正确;安培提出了分子环形电流假说,事实上物体内部都存在类似的分子电流,故C正确;安培提出了分子环形电流假说后,根据科学家研究,原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符,故D正确。