高考物理--磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)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(diǎn)最新模擬題千題精練（選修3-1）第三部分 磁場(chǎng)專題3.34 磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量一選擇題1.（2019遼寧沈陽(yáng)三模）目前有一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測(cè)定地磁場(chǎng)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(zhǎng)為a、寬為b、高為c的長(zhǎng)方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)度中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過(guò)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(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U。則磁感應(yīng)強(qiáng)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(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的“磁強(qiáng)計(jì)”為情景，考查洛倫茲力、電場(chǎng)力及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！窘忸}思路】沿電流反方向的金屬導(dǎo)體中的電子進(jìn)入磁場(chǎng)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(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U，則金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面之間的電場(chǎng)強(qiáng)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(xiàng)C正確。2如圖所示的天平可用來(lái)測(cè)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(zhǎng)，共N匝，線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，

3、磁場(chǎng)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【參考答案】B【名師解析】當(dāng)B的方向垂直紙面向里，開(kāi)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(cuò)誤；當(dāng)B的方向垂直紙面向外，開(kāi)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(cuò)誤。3.如圖所示的天平可用來(lái)測(cè)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(zhǎng)，共有n匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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

5、外，大小為【參考答案】B【名師解析】因?yàn)楫?dāng)電流方向改為反向時(shí)，右邊需要加上質(zhì)量m，天平才能重新平衡，說(shuō)明當(dāng)電流反向時(shí)，安培力方向由向下改為向上，所以磁場(chǎng)方向是垂直紙面向里的；又因?yàn)殡娏鞣较蛭锤淖儠r(shí)，由受力平衡有m1g=m2g+nBIL+G(G為線圈重力) 電流反向時(shí)有m1g="m2g+mg-nBIL+G " 由式可得mg=2nBIL所以B=.故只有B選項(xiàng)正確.4.如圖所示，用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)中的導(dǎo)體，受安培力作用的有效長(zhǎng)度越長(zhǎng)，根據(jù)知受安培力越大越容易失去平衡，由圖知選項(xiàng)A中導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度最大，所以A正確。5電流天平可以用來(lái)測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。測(cè)量前天平已調(diào)至平衡，測(cè)量時(shí)，在左邊托盤(pán)中放入質(zhì)量為m的砝碼，右邊托盤(pán)中不放砝碼，將一個(gè)質(zhì)量為m0、匝數(shù)為n、下邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的矩形線圈掛在右邊托盤(pán)的底部，再將此矩形線圈的下部分放在待測(cè)磁場(chǎng)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(jì)連接導(dǎo)線對(duì)線圈的作用力，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r。開(kāi)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m0m，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?lè)较駼. 矩形線圈的電阻R=E-UUr-R1C. 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=m0-mrgnE-UlD. 若僅將磁場(chǎng)反向，在左盤(pán)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(duì)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?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，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(cuò)誤；根

8、據(jù)平衡條件可得m0g-F=mg，而F=nBIl，I=E-Ur，解得勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=(m0-m)grn(E-U)l，故C正確；開(kāi)始線圈所受安培力的方向向上，僅將磁場(chǎng)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(cuò)誤；故選AC。【點(diǎn)睛】天平平衡后，僅將磁場(chǎng)反向時(shí)，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(jì)算題11879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)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(chǎng)中，并沿垂直磁場(chǎng)方向通入電流，則在導(dǎo)體中垂直于電流和

9、磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向電勢(shì)差，這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)橫向的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差(1)如圖甲所示，某長(zhǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.在導(dǎo)體中通有垂直于bccb面的恒定電流，若測(cè)得通過(guò)導(dǎo)體的恒定電流為I，橫向霍爾電勢(shì)差為UH，此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)為_(kāi)(2)對(duì)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(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭，有些探頭的體積很小，其正對(duì)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(lái)較精確地測(cè)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(cè)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(duì)橫截面與探桿垂直這種儀器既可以控制通過(guò)探頭的恒定電流的大小I，又可以監(jiān)測(cè)探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)差UH，并自動(dòng)計(jì)算出探頭所測(cè)位置磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)在利用上述儀器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過(guò)程中，對(duì)控桿的放置方位要求為：_.要計(jì)算出所測(cè)位置磁場(chǎng)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(cè)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)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(shì)差達(dá)到最大(或使探桿與磁場(chǎng)方向平行；使探頭的正對(duì)橫截面與磁場(chǎng)方向垂直；abba面與磁場(chǎng)方向垂直); 探頭沿磁場(chǎng)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(dòng)的速率為v，則有   I=nehlv當(dāng)形成恒定電流時(shí)，自由電子所受電場(chǎng)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(shì)差達(dá)到最大（或使探桿與磁場(chǎng)方向平行；探頭的正對(duì)橫截面與磁場(chǎng)方向垂直；ab ba面與磁場(chǎng)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(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，當(dāng)通有恒定電流I，產(chǎn)生最大穩(wěn)定霍爾電壓UH時(shí)，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(chǎng)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(jìn)行空氣檢測(cè)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(cè)和分離離子檢測(cè)的簡(jiǎn)化原理如圖甲所示區(qū)為電場(chǎng)加速區(qū)，區(qū)為無(wú)場(chǎng)區(qū)，區(qū)為電場(chǎng)檢測(cè)區(qū)已知區(qū)中AB與CD兩極的電勢(shì)差為U，距離為L(zhǎng)，區(qū)中CE與DF兩板的間距為d，板長(zhǎng)為4L，區(qū)中EF與GH間距足夠大，其內(nèi)部勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)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(kāi)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(shì)高？若正離子的比荷為k，求該離子到達(dá)CD極時(shí)的速度大小；(2)該裝置可以測(cè)出離子從AB極出發(fā)，經(jīng)過(guò)區(qū)、區(qū)和區(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(xiě)出k與t的函數(shù)關(guān)系式；(3)若將區(qū)的勻強(qiáng)電場(chǎng)換成如圖乙所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則電場(chǎng)檢測(cè)區(qū)變成了磁場(chǎng)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(guò)狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)進(jìn)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(shí)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(qiáng)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(shì)高，離子在AB與CD兩極間加速，由動(dòng)能定理有qUmv2，離子到達(dá)CD極時(shí)的速度v.(2)正離子在區(qū)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)所用時(shí)間為t1，則t1 設(shè)離子在區(qū)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(shí)