高二物理选修3-1教师用书--第三章习题

第3章第1节1．首先发现电流磁效应的科学家是()A．安培B．库仑C．奥斯特D．牛顿答案：C2．关于电场与磁场，以下说法正确的是()A．电流周围存在的是电场B．磁极周围存在磁场C．磁极与磁极之间通过磁场而相互作用D．磁极与电流之间一定没有相互作用答案：BC解析：电流的周围，磁极的周围都存在磁场，磁极与磁极之间的相互作用就是通过磁场发生的．奥斯特实验证明了电流的周围存在磁场，同时也说明了电流与磁极间存在相互作用．3．指南针能指南北是因为指南针()A．有吸引铁的性质B．被地磁场磁化了C．受到地磁场的作用D．以上说法都不对答案：C解析：指南针能指南北是因为指南针受到地磁场的作用．4．磁场的基本性质是()A．能使小磁针发生偏转B．能够吸引铁、钴、镍等物质的性质C．能够产生磁感线D．能对放在其中的磁体产生磁力作用答案：D解析：磁场的基本性质是能对放在其中的磁体或电流产生磁力作用．5．铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，当将铁棒A靠近铁棒B时，下述说法中正确的是()A．A、B一定相互吸引B．A、B一定相互排斥C．A、B间可能无磁场力作用D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥答案：D解析：小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性，只是在小磁针磁场作用下暂时被磁化的结果．铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B 一定有磁性．若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互的吸引作用；若A有磁性，则A、B两磁体都分别有N极和S极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引，这就说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场的作用，故正确答案为D.6．《新民晚报》曾报道一则消息，“上海雨点鸽从内蒙古放飞后，历经20余天，返回上海区鸽巢”，信鸽的这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在令人称奇．那么信鸽究竟靠什么辨别方向呢？科学家们曾做过这样一个实验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下各缚一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍一定距离的地方放飞，结果绝对大部分缚铜块的信鸽飞回鸽舍，而缚磁铁的信鸽全部飞散了．科学家们的实验支持了下述哪种猜想？()A．信鸽对地形地貌有极强的记忆力B．信鸽能发射并接收某种超声波C．信鸽能发射并接收某种次声波D．信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向答案：D解析：这是一道要求从阅读试题的过程中收集信息、分析处理信息的应用类题，题中设计了一个陷阱(似乎科学家们的实验表明信鸽辨别方向的能力与磁场无关，否则缚有小磁铁的一组信鸽怎会全飞散呢？)．然而其实D是正确的，因为信鸽所缚的小磁铁所产生的磁场扰乱了它靠体内磁性物质借助地磁场辨别方向的能力，所以缚磁铁的一组信鸽全部飞散．正确答案为D.7．关于磁场下列说法中正确的是()A．磁场和电场一样，是同一种物质B．磁场的最基本特性是对处在磁场里的磁极或电流有磁场力的作用C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的D．电流和电流之间的相互作用是通过磁场进行的答案：BCD解析：磁场与电场是两种不同的场，磁场对磁极、电流、通电导体的作用以及电流与电流之间的相互作用都是通过磁场进行的．8．__________和____________都叫做永磁体，它们都能吸引铁质物体，我们把这种性质叫做__________，磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫做__________．将能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，放在地磁场中，静止时指南的磁极叫做__________极，又叫__________(填“N”或“S”)极，指北的磁极叫做__________极，又叫__________(填“N”或“S”)极．答案：天然磁石人造磁铁磁性磁极南S北N9．应用奥斯特实验的结果解释：英国商人的一箱新刀叉在雷电过后，竟然带上了磁性的现象．答案：雷电现象产生了强电流，电流周围存在磁场，刀叉在磁场中被磁化而带上了磁性．10．如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M；B为铁片，质量为m；整个装置用轻绳悬挂于O点，当电磁铁通电时，在铁片被吸引上升的过程中，轻绳向上拉力F的大小为()A．F＝Mg B．Mg<F<(M＋m)gC．F＝(M＋m)g D．F>(M＋m)g答案：D解析：本题是磁场与超重和失重相结合的题目，解题的关键是应清楚电磁铁通电后，由于铁片B受到的吸引力大于重力，而处于超重状态．由于电磁铁通电后产生磁场，对铁片B有吸引力而上升，所以这时吸引力一定大于铁片B所受的重力，故B向上加速运动，即铁片B处于超重状态．而A和C处于平衡状态，选A、B、C组成的系统为研究对象，则整个系统处于超重状态，所以F>(M ＋m)g，且在A、B接触前F不断增大．11．如图所示是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动，由此可判断：电磁铁的上端为__________极，小磁铁的下端为______________极．答案：S N解析：从线圈的绕制方向和安培定则判断电磁铁上端等效于S极，由异名磁极相吸原理可知小磁体下端为N极．12．用如图所示装置进行实验探究．研究对象有：铁片、铝片、玻璃片、纸片、钢片，将这些研究对象分别置于U形磁铁与回形针之间．请将实验探究的结果填写在下表中．形磁铁两端磁性最强，中间磁性最弱．U形磁铁周围空间存在磁场，对放入其中的钢铁类物体有磁力的作用．实验中，回形针、铁片、钢片都是钢铁类物体，能被U形磁铁吸引并磁化变成具有磁性的磁体．而铝片、玻璃片、纸片是非钢铁类物体，不能被U形磁铁吸引和磁化．当水平放置的铁片和钢片置于U形磁铁下方被磁化为条形磁铁时，其两端磁性最强，中间磁性最弱，回形针刚好处在它的中央位置的下面，所受磁场对它的吸引力最小，因而会下落；把铝片、玻璃片和纸片分别置于U形磁铁和回形针之间时，均不会被磁化，因而回形针受到磁场对它的作用力不改变而不会下落．13．(2009·山东省潍坊模拟)科学研究发现，地球的磁极在缓慢移动，所以地磁场的方向相对地球是变化的，在某地采集到的火山岩石，发现它们在原位置处的磁极显示与指南针的指向是相反的，经测定知该岩石是几十万年前火山喷发形成的．根据以上材料，谈谈你对地磁场的认识．答案：该岩石是在火山喷发时形成的，火山喷出的岩浆在地磁场中被磁化，冷却固化后就记录下了当时地磁场的方向．它的极性与现在指南针的指向相反，说明那时地磁场的方向与现在是相反的．第3章第2节1．有关磁感应强度B的说法正确的是()A．对于B＝FIL，比值FIL越大，说明通电导线所在处的磁感应强度一定越大B．对于B＝FIL，F越大，说明通电导线所在处的磁感应强度一定越大C．可用FIL来量度磁感应强度的大小，但B是由磁场本身因素决定的，与I、L、F无关D．在I、L相同的情况下，垂直磁场方向放置通电导线，受力F越大的地方，B越大答案：CD解析：磁感应强度是描述磁场性质的物理量，其大小由磁场本身因素决定，与放入的电流元及受力情况无关，故C选项正确；定义式B＝FIL成立的前提是I⊥B只有在满足这一条件的前提下，FIL比值的大小，才能反映出B的大小，故A、B错，D正确．2．把长度L、电流I都相同的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点，电流元在A点受到磁场力较大，则()A．A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度B．A、B两点磁感应强度可能相等C．A、B两点磁感应强度一定相等D．A点磁感应强度可能小于B点磁感应强度答案：BD解析：由于电流元方向和磁场方向关系不确定，所以无法比较A、B两点的磁感应强度，故B、D正确．3．在匀强磁场中某处P 放一个长度为L ＝20cm 、通电电流I ＝0.5A 的直导线，测得它受到的最大磁场力F ＝1.0N ，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场撤走，则P 处磁感应强度为( )A ．零B ．10T ，方向竖直向上C ．0.1T ，方向竖向下D ．10T ，方向肯定不沿竖直向上的方向答案：D解析：磁场中某点的磁感应强度由场源决定，与有没有检验电流无关，磁感应强度的方向规定为小磁针N 极的受力方向，不是电流元的受力方向，故D 正确．4．下列可用来表示磁感应强度的单位关系的是( )A ．1T ＝1kg/m 2B ．1T ＝1kg/(A·s 2)C ．1T ＝1kg·m 2/(A·s 2)D ．1T ＝1N/(A·m)答案：BD解析：B ＝F IL得1T ＝1N/(A·m)，由F ＝ma ，还可得1T ＝1kg/(A·s 2)． 5．先后在磁场中A 、B 两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直．如图所示，图中a 、b 两图线分别表示在磁场中A 、B 两点导线所受的力F 与通过导线的电流I 的关系．下列说法中正确的是( )A ．A 、B 两点磁感应强度相等B ．A 点的磁感应强度大于B 点的磁感应强度C ．A 点的磁感应强度小于B 点的磁感应强度D ．无法比较磁感应强度的大小答案：B解析：导线受到的磁场力F ＝BIL ＝BL ·I ，在F －I 图象中直线的斜率k ＝BL ，由图可知k a >k b ，又因为两导线的长度相等且均与磁场方向垂直，所以可得出A 点的磁感应强度大于B 点的磁感应强度，B 项正确．6．一段电流元放在同一匀强磁场中的四个位置，如图所示，已知电流元的电流I 、长度L 和受力F ，则可以用F IL表示磁感应强度B 的是( )答案：AC 解析：当通电导线垂直于磁场方向时，可用F IL表示B . 7．磁感应强度为矢量，它可以分解为几个分量．(1)如果北半球某处地磁场的磁感应强度大小为B ，与水平方向的夹角为θ，那么该处地磁场的磁感应强度的水平分量和竖直分量各为多大？(2)如果地理南、北极和地磁北、南极是重合的，那么在赤道上空磁场的竖直分量是多大？在极地上空地磁场的水平分量是多大？答案：(1)B 水平＝B cos θ B 竖直＝B sin θ (2)B 竖直＝0 B 水平＝0解析：本题从矢量角度考查了对磁感应强度的理解．(1)因为磁感应强度大小为B ，与水平方向的夹角为θ，所以地磁场的磁感应强度的水平分量和竖直分量分别为：B 水平＝B cos θ；B 竖直＝B sin θ.(2)在赤道上空，因为θ＝0°，故有B 竖直＝0；在极地上空，因为θ＝90°，故有B 水平＝0.8．磁场中放一与磁场方向垂直的电流元，通入的电流是2.5A ，导线长1cm ，它受到的安培力为5×10－2N.问：(1)这个位置的磁感应强度是多大？(2)如果把通电导线中的电流增大到5A 时，这一点的磁感应强度是多大？(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否可以肯定这里没有磁场？答案：(1)由磁感应强度的定义式得：B ＝F IL ＝5×10－2N 2.5A ×1×10－2m＝2T. (2)磁感应强度B 是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度L 、电流I 的大小无关，所以该点的磁感应强度是2T. (3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则有两种可能：①该处没有磁场；②该处有磁场，但通电导线与磁场方向平行．9．下列说法中正确的是( )A ．电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零B ．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零C ．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到静电力与其电荷量的比值表示该点电场的强弱D ．把一小段通电导线放在磁场中某处，所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值，表示该处磁场的强弱答案：AC解析：电荷在电场中一定受静电力作用，而通电导线在磁场中不一定受磁场力的作用，故A 正确B 错；由E ＝F q知C 正确；只有当B ⊥L 时，B 才等于F与IL 的比值，故D 错．10．如图所示，竖直向下的匀强磁场中，用两条竖直线悬吊一水平通电直导线，导线长为L ，质量为m ，通入电流I 后，悬线偏离竖直方向θ角保持静止，已知导线受到磁场力方向水平，求磁场的磁感应强度．答案：mg tan θIL解析：分析导线的受力情况如图所示．由平衡知，导线所受的磁场力F ＝mg tan θ，由磁感应强度的定义式得：B ＝F IL ＝mg tan θIL .11．磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B 2/2μ，式中B 是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为已知常数．为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B ，一学生用一根端面面积为A 的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P ，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl ，并测出拉力F ，如图所示．因为F 所做的功等于间隙中磁场的能量，请推导磁感应强度B 与F 、A 之间的关系．答案：B ＝ 2μF A解析：用力F 把铁片P 拉开一段微小距离Δl 的过程，实际上就是力F 克服磁场力做功，把其他形式的能转化为磁场能的过程．用力F将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl的过程中，拉力F所做的功W＝F·Δl.磁铁与铁片间距中的能量密度为B22μ，故所储存磁场能量：E＝B22μ·A·Δl，据功能关系知W＝E，由以上三式得B＝2μF A.第3章第3节1．用安培提出的分子电流假说可以解释下列哪些现象()A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象答案：AD解析：分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，所以选项AD是正确的．而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动而产生的宏观电流产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的．故正确答案为AD.2．关于安培定则，下列说法中正确的是()A．安培定则仅适用于直线电流周围磁场磁感线方向的判断B．安培定则能适用于多种形状电流周围磁场磁感线方向的判断C．安培定则用于判断直线电流周围磁场磁感线方向时，大拇指所指方向应与电流方向一致D．安培定则用于判断环形电流和通电螺线管磁场的方向时，大拇指所指方向应与电流方向一致答案：BC解析：安培定则(右手螺旋定则)适用于一切电流产生的磁场的判断．3．下列说法正确的是()A．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱C．磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场D．放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极答案：BC解析：磁感线是闭合曲线，故A错；磁感线的疏密可以表示磁场的强弱，切线方向可表示磁场的方向，故B正确；磁铁和电流周围都存在磁场，故C正确；通电螺线管内部磁场方向从S极指向N极，故D错误．4．关于磁通量的下列说法，正确的是()A．磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量B．某一面积上的磁通量是表示穿过此面积的磁感线的总条数C．在磁场中所取的面积越大，该面上磁通量越大D．穿过任何封闭曲面的磁通量一定为零答案：BD解析：磁通量Φ是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ＝BS，亦表示穿过磁场中某面积S的磁感线的总条数，Φ只有大小，没有方向，是标量．由此可知选项A错误，B正确．磁通量Φ的大小由B、S共同决定，所以面积大，Φ不一定大，由此可知选项C错误．由于磁感线是闭合曲线，所以只要有磁感线穿入封闭曲面，如一个球面，则该磁感线必然从该曲面穿出，由此可知D正确．5．一根软铁棒被磁化是因为()A．软铁棒中产生了分子电流B．软铁棒中分子电流取向杂乱无章C．软铁棒中分子电流消失D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同答案：D解析：软铁棒中分子电流是一直存在的，并不因外界的影响而产生或消失，故AC错，根据磁化过程的实质可知D正确．6．如图所示，在y轴上有一沿y轴正方向的电流，则在z轴上某点A的磁场方向是() A．沿x轴负方向B．沿x轴正方向C．沿z轴负方向D．沿z轴正方向答案：B解析：根据右手螺旋定则可知答案为B.7．如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面．若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()A．πBR2B．πBr2C．nπBr2D．nπBR2答案：B解析：磁通量与线圈匝数无关；且磁感线穿过的面积为πr2，而并非πR2，故B项对．8．如图所示，有A、B两根平行长直导线，通过数值相等、方向相反的电流，下列说法中，正确描述了两根导线连线中点的磁感应强度的是()A．等于零B．不等于零，方向平行于导线C．不等于零，方向垂直于两导线组成的平面D．不等于零，方向是从一根导线垂直指向另一根导线答案：C解析：根据右手螺旋定则可知，A、B电流在两根导线连接中点的磁场方向均为垂直于纸面向里，而磁感应强度矢量，矢量可以叠加，故中点处的合磁场的磁感应强度不等于零，且方向垂直于两导线组成的平面，故C正确．9．如图所示，当S闭合后，小磁针处在通电电流磁场中的位置正确的是()答案：D解析：本题考查安培定则及小磁针在磁场力作用下的转动问题，正确选项为D.10．彼此绝缘、互相垂直放置的两通电直导线中电流方向如图所示，在两导线周围空间磁场较强的区域是()A．Ⅰ区B．Ⅱ区C．Ⅲ区D．Ⅳ区答案：BD解析：由安培定则，两电流在Ⅱ、Ⅳ区产生的磁场方向相同，叠加后较强．11．如图所示，一矩形线框，从abcd位置移动到a′b′c′d′位置过程中，关于穿过线框的磁通量变化情况，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，最后减少答案：D解析：由安培定则可知直导线左边磁场方向向外，右边磁场方向向里且靠近导线的磁场强，故线框达到导线之前穿过线框的磁通量增加，bc边越过导线到线框跨过一半的过程中穿过线框的磁通量减少直到为零．之后跨过线框磁通量增加，全部跨过导线后穿过线框的磁通量减少，可得出结论，整个过程中穿过线框的磁通量先增加，再减少直到零，然后再增加，最后减少，故选项D正确．12．如图所示，A为橡胶圆盘，其盘面与纸面垂直．B为紧贴A的毛皮．在靠近圆盘的中轴上有一个小磁针静止于图示位置．当沿图中箭头的方向转动把手C时，小磁针将发生什么现象？答案：当转动把手C时，A盘边缘处与毛皮B摩擦而带有负电荷，负电荷随盘做圆周运动形成环形电流，电流周围产生磁场，故对小磁针有力的作用，根据安培定则可知，小磁针将发生偏转，沿圆盘的中轴的方向上N极向右，S极向左．13．如图所示，环中电流方向由左向右，且I1＝I2，则圆环中心O处的磁感应强度是多少？答案：0解析：根据安培定则，上半圆环中电流I1在环内产生的磁场方向垂直于纸面向里，下半圆环中电流I2在环内产生的磁场方向垂直于纸面向外．由于I1和I2关于O点对称，故I1和I2在O处产生的磁场大小相等、方向相反，在O处相互抵消，合磁场为零．14．(2007·上海)取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图(a)所示的螺线管，当该螺线管中通以强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()A．0 B．0.5BC．B D．2B答案：A解析：题图(b)中螺线管上的长导线可等效为两个通过等大反向电流的通电螺线管电流方向相反，由安培定则可知产生的磁场方向也是大小相等方向相反的，所以螺线管中部的磁感应强度为零．小结：在实际生活中，利用这一点可以制作一种特殊的电键，这种电键可以防止感应电流的产生．第3章第4节1．(2009·山东莘县实验模拟)关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场作用力的方向，正确的说法是()A．跟磁场方向垂直，跟电流方向平行B．跟电流方向垂直，跟磁场方向平行C．既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直D．既不跟磁场方向垂直，也不跟电流方向垂直答案：C解析：当磁场方向与通电直导线垂直时，所受磁场力的方向既跟磁场方向垂直又跟电流方向垂直，故只有C项正确．2．在图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是()答案：A解析：由左手定则可知，A项正确，B、C两项错误，而D中I和B平行，故不受安培力．3．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力() A．大小不变，方向不变B．由零增大到最大，方向时刻变C．由最大减小到零，方向不变D．由零增大到最大，方向不变答案：D解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导线转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导线受到安培力的作用；当导线转过90°时，电流与磁场垂直，此时导线所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变．选项D正确．4．如图所示，一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态，当给它通电时，弹簧将()A．保持原长B．伸长C ．缩短D ．不能确定答案：C解析：弹簧通电时，同向电流相吸，会使弹簧缩短．5．如图所示为两根互相平行的通电导线a 、b 的横截面图，a 、b 的电流方向已在图中标出．那么导线a 中电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b 所受的磁场力的方向应分别是( )A ．磁感线顺时针方向，磁场力向左B ．磁感线顺时针方向，磁场力向右C ．磁感线逆时针方向，磁场力向左D ．磁感线逆时针方向，磁场力向右 答案：B解析：根据安培定则可确定导线a 中电流产生的磁场方向为顺时针，用左手定则可以确定导线b 所受磁场力的方向向右，故B 选项正确．6．(2009·广东实验中学模拟)匀强磁场中放入一通电导线，导线与磁场垂直，长10cm ，电流为5A ，所受安培力为0.5N ，则磁感应强度大小为( )A ．1TB ．0.01TC ．0.25TD ．25T答案：A解析：由F ＝BIL 得B ＝F IL ＝0.55×10×10－2T ＝1T ，故选项A 正确．7．一根通有电流I 的铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中，此时两悬线的合张力大于零而小于铜棒的重力，欲使悬线中张力为零，可采用的方法有( )A ．改变电流方向，并适当增大电流B ．不改变电流方向，适当增大电流C ．使磁场方向反向，并适当增大磁感应强度D ．磁场方向不变，并适当减小磁感应强度 答案：B解析：因为悬线的合张力小于铜棒的重力，所以铜棒所受安培力方向向上，要使悬线张力为零，必须增大安培力，即适当增大电流，且电流方向不变，故A 错误，B 正确．因为F ＝BIL ，要想使悬线的张力为零，可使安培力增大，可增大磁感应强度且方向不变，也可增大磁感应强度同时改变磁场和电流的方向，而安培力的方向不变．故C 、D 错误．8．将长为1m 的导线ac ，从中点b 折成如图所示形状，放入B ＝0.08T。