当前位置：文档库 › 磁场检测

磁场检测

电磁组竞赛车模

路径检测设计参考方案

（竞赛秘书处 2010-1，版本1.0）

一、前言

第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。

本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。

二、设计原理

1、导线周围的电磁场

根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。如下图所示：

图1：电流周围的电磁场示意图

导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。

由于赛道导航电线和小车尺寸l远远小于电磁波的波长λ，电磁场辐射能量很小（如果天线的长度l远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。

由毕奥-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度为：

图2 直线电流的磁场

0sin 4I

B d r

θθμθθπ=∫

710(410)TmA μπ??=× （1）由此得: ()012cos cos 4I

B r

μθθπ=

?。对于无限长直电流来说，上式中10θ=，2θπ=，则有04I

B r

μπ=

。

图3：无限长导线周围的磁场强度

在上面示意图中，感应磁场的分布是以导线为轴的一系列的同心圆。圆上的磁场强度大小相同，并随着距离导线的半径r 增加成反比下降。

2、磁场检测方法：

人类对于磁场的认识和检测起源很早，

我国古代人民很早就通过天然磁铁来

感知地球磁场的方向，从而发明了指南针。但是对于磁场定量精确的测量以及更多测量方法的发现还是在二十世纪初期才得到了突飞猛进的进展。

现在我们有很多测量磁场的方法，磁场传感器利用了物质与磁场之间的各种物理效应：磁电效应（电磁感应、霍尔效应、磁致电阻效应）、磁机械效应、磁光效应、核磁共振、超导体与电子自旋量子力学效应。下面列出了一些测量原理以及相应的传感器：

（1）电磁感应磁场测量方法：电磁线磁场传感器，磁通门磁场传感器，磁阻抗磁场传感器。

（2）霍尔效应磁场测量方法：半导体霍尔传感器、磁敏二极管，磁敏三极管。

（3）各向异性电阻效应（AMR）磁场测量方法。

（4）载流子自旋相互作用磁场测量方法：自旋阀巨磁效应磁敏电阻、自旋阀三极管磁场传感器、隧道磁致电阻效应磁敏电阻。

（5）超导量子干涉（SQUID）磁场测量方法：SQUID薄膜磁敏元件。

（6）光泵磁场测量方法：光泵磁场传感器。

（7）质子磁进动磁场测量方法。

（8）光导纤维磁场测量方法。

以上各种磁场测量方法所依据的原理各不相同，测量的磁场精度和范围相差也很大，10-11-107G。我们需要选择适合车模竞赛的检测方法，除了检测磁场的精度之外，还需要对于检测磁场的传感器的频率响应、尺寸、价格、功耗以及实现的难易程度进行考虑。

在下面所介绍的检测方法中，我们选取最为传统的电磁感应线圈的方案。它具有原理简单、价格便宜、体积小（相对小）、频率响应快、电路实现简单等特点，适应于初学者快速实现路经检测的方案。

通电导线周围的磁场是一个矢量场，场的分布如图四所示。如果在通电直导线两边的周围竖直放置两个轴线相互垂直并位于与导线相垂直平面内的线圈，则可以感应磁场向量的两个垂直分量，进而可以获得磁场的强度和方向。

图4：导线周围的感应电磁场

导线中的电流按一定规律变化时，导线周围的磁场也将发生变化，则线圈中将感应出一定的电动势。根据法拉第定律，线圈磁场传感器的内部感应电压E 与磁场()B t 、电磁线圈的圈数N 、截面积A 的关系有：

0()()

()()

r dB t d t E NA dt dt

μμΦ=×=?

感应电动势的方向可以用楞次定律来确定。

由于本设计中导线中通过的电流频率较低，为20kHz ，且线圈较小，令线圈中心到导线的距离为 r

3所示的

()d t k dI E dt r dt r

Φ=?== （2）即线圈中感应电动势的大小正比于电流的变化率，反比于线圈中心到导线的距离。其中常量K 为与线圈摆放方法、线圈面积和一些物理常量有关的一个量，具体的感应电动势常量须实际测定来确定。

3、双水平线圈检测方案

不同的线圈轴线摆放方向，可以感应不同的磁场分量。我们先讨论一种最简单的线圈设置方案：双水平线圈检测方案。在车模前上方水平方向固定两个相距L 图5 双水平线圈检测方案

为了讨论方便，我们在跑道上建立如下的坐标系，假设沿着跑道前进的方向为z 轴，垂直跑道往上为y 轴，在跑道平面内垂直于跑到中心线为x 轴。xyz 轴满足右手方向。

假设在车模前方安装两个水平的线圈。这两个线圈的间隔为L ，线圈的高度为h ，参见下图5所示。左边的线圈的坐标为（x,h,z ），右边的线圈的位置(x-L,h,z)。由于磁场分布是以z 轴为中心的同心圆，所以在计算磁场强度的时候我们仅仅考虑坐标(x,y)。

由于线圈的轴线是水平的，所以感应电动势反映了磁场的水平分量。根据公

式（2）可以知道感应电动势大小与22

x h

+成正比。

图6 感应线圈的布置方案

假设5,(15,15)h cm x cm =∈?+，计算感应电动势22

E h x

=+随着线圈水平位置x 的变化取值，如下图所示：

x/cm

E /V

感应电动势

图7线圈中感应电动势与它距导线水平位置x 的函数

如果只使用一个线圈，感应电动势E 是位置x 的偶函数，只能够反映到水平位置的绝对值x 的大小，无法分辨左右。为此，我们可以使用相距长度为L 的两

个感应线圈，计算两个线圈感应电动势的差值：

122222

()

d h h

E E E h x h x L =?=

?++? 下面假设30L cm =，计算两个线圈电动势差值d E 如下图所示：

x/cm

E d /V

图8 感应电动势差值d E 与距离x 之间的函数

从上图可以看出，当左边线圈的位置15x cm =的时候，此时两个线圈的中心恰好处于跑道中央，感应电动势差值d E 为0。当线圈往左偏移，(15,30)x ∈，感应电动势差值小于零；反之，当线圈往右偏移，(0,15)x ∈，感应电动势大于零。因此在位移030cm ～之间，电动势差值d E 与位移x 是一个单调函数。可以使用这个量对于小车转向进行负反馈控制，从而保证两个线圈的中心位置跟踪赛道的中心线。通过改变线圈高度h ,线圈之间距离L 可以调整位置检测范围以及感应电动势的大小。

三、电路设计原理

从上面检测原理可以知道，测量磁场核心是检测线圈的感应电动势E 的幅值。下面将从感应线圈、信号选频放大、整流与检测等几个方面讨论电路设计的问题，最后给出电路设计系统框图和实际电路。

1、感应磁场线圈：

检测线圈可以自行绕制，也可以使用市场上能够比较方便购买的工字型10mH 的电感。如下图所示。

图9 几种10mH 电感

这类电感体积小，Q 值高，具有开放的磁芯，可以感应周围交变的磁场。如下图所示：

图10 工字磁材电感

2、信号选频放大

使用电感线圈可以对其周围的交变磁场感应出响应感应电动势。这个感应电动势信号具有以下特点：

（1）信号弱：感应电压只有几十个毫伏。在检测幅值之前必须进行有效的

放大，放大倍数一般要大于100倍（40db ）

。（2）噪声多：一般环境下，周围存在着不同来源、不同变化频率的磁场。

如下表所示：

够有效的放大，并且去除其它干扰信号的影响。

可以使用LC 串并联电路来实现选频电路（带通电路），如下图所示：

图11：RLC 并联谐振电路

上述电路中，E 是感应线圈中的感应电动势，L 是感应线圈的电感量，R0是电感的内阻，C 是并联谐振电容。上述电路谐振频率为：0f =

。已知感

应电动势的频率020f kHz =，感应线圈电感为10L mH =，可以计算出谐振电容的容量为：

()

6.3310()2220101010C F f L

ππ??=

=×××××

通常在市场上可以购买到的标称电容与上述容值最为接近的电容为 6.8nF ，所以在实际电路中我们选用6.8nF 的电容作为谐振电容。

为了验证RLC 选频电路的效果，我们对比了在有和没有谐振电容两种情况下的电感输出的感应电压。在导线中通有20kHz 左右，100mA 左右方波电流，在距离导线50mm 的上方放置垂直于导线的10mH 电感，使用示波器测量输出电压波形。如下图12所示。

电流参考波形

55μs

线圈感应电压160mVpp

电感10mH感应电压距离h=5cm 电感L=10mH

55μs

电流参考波形

电感10mH感应谐振电压距离h=5cm 电感L=10mH 电容C=6.8nF

55μs 55μs

线圈感应谐振电压300mVpp

(A)没有谐振电容时感应电压输出(B)有谐振电容时感应电压输出

图12：测量感应线圈两端的感应电压。

从上面结果可以看出，增加有谐振电容之后，感应线圈两端输出感应20KHz 电压信号不仅幅度增加了，而且其它干扰信号也非常小。这样无论导线中的电流波形是否为正弦波，由于本身增加了谐振电容，所以除了基波信号之外的高次谐波均被滤波除掉，只有基波20kHz 信号能够发生谐振，输出总是20KHz 正弦波。

为了能够更加准确测量感应电容式的电压，还需要将上述感应电压进一步放大，一般情况下将电压峰峰值放大到1-5V 左右，就可以进行幅度检测，所以需要放大电路具有100倍左右的电压增益（40db ）。最简单的设计可以只是用一阶共射三极管放大电路就可以满足要求，如下图所示：

图13：单管共射交流放大电路

当然，也可以选用运算放大器进行电压放大。但是需要选择单电源、低噪音、动态范围达、高速运放不太容易，所示不太推荐使用运算放大器进行信号放大。

3、幅度测量

测量放大后的感应电动势的幅值E 可以有多种方法。最简单的方法就是使用二极管检波电路将交变的电压信号检波形成直流信号，然后再通过单片机的AD 采集获得正比于感应电压幅值的数值。如下图所示：

图14：倍压检波电路

上图给出了倍压检波电路可以获得正比于交流电压信号峰峰值的直流信号。为了能够获得更大的动态范围，倍压检波电路中的二极管推荐使用肖特基二极管或者锗二极管。由于这类二极管的开启电压一般在0.1-0.3V 左右，小于普通的硅

二极管（0.7V ）

，可以增加输出信号的动态范围和增加整体电路的灵敏度。

实际上，可以不使用检波电路，而直接将上述单管放大电路中，三极管集电极电压接入单片机的AD 端口，使用单片机直接采样交变电压信号，如下图所示：

图15：直接采集放大信号

只要保证单片机的AD 采集速率大于20kHz 的5-10倍，连续采集5-10个周期的电压信号（大约100数据左右），就可以直接从采集的数据中最大值减去最小值获得信号的峰峰值。假设采集了128个数据：,1,2,,128i x i = ，计算信号的峰峰值p p V ?可以有下式计算：

max min max min

max(,1,2,,128)min(,1,2,,128)i i p p x x i x x i V x x ?=====?

上面计算计算方法由于只用应用了数据的最大值、最小值，所得结果容易受到噪声的影响，所以还可以通过计算数据交流信号的平均值、有效值反映信号的幅值：

()

128

,128

128

i i

i i i ave e x

x x

x x x x x ===??=

∑∑∑

上面所计算得到的,ave e x x 等都与信号的峰峰值成单调关系，所以也可以用来进行计算位置差值信号。

根据上面介绍，检测电路框图如下图所示：

四、实际电路与调试

1、直接信号放大电路：如下图所示：

实验电路

L1/10mH

C1/6.8nF

T11815

C2/0.1uf

R1/510K

+5V GND VOUT

电路焊接完毕后，只要调节可调电阻R1，使得三极管集电极电压处于2.5V 左右即可。

将上述放大电路的感应电感放在通有100mA 、20kHz 导线周围，使用示波器观察电路的输出与输入信号，如下图所示：

50μs放大后

电压

4.1Vpp

线圈感应电压

50mVpp

图18：放大电路的输入、输出波形

通过上图可以看书，放大电路的放大倍数大约为：

4.1

0.05

A==倍左右。所

得的电压信号可以直接连入单片机的AD转换接口进行采集就可以。在接入单片机时，输出隔直电容C3需要去掉，这样AD输入的交流信号的平均值在2.5V，变化范围在0-5V，满足单片机AD转换的需要。

2、放大检波电路：如下图所示：

实验电路板

L1/10mH C1/6.8nf

C2/0.1

1815

R1/510k

+5V

GND

Vout

实际上，上述电路就是在直接放大电路的基础上增加了倍压检波电路，可以得到与交流信号峰峰值成正比的直流信号。电路的焊接完毕后，调整R1电位器，使得三极管集电极电压处于2.5V左右，即可。下图给出了电路各部分的波形：

集电极波形

1.6Vpp

基极输入

电感感应

电压。

50mVpp 50μs

偏置电压

2.53V

基极输入

电感感应

电压。

50mVpp 50μs

倍压整流波形

1.6Vpp

-0.3V

(A) 三极管集电极电压波形(B) 倍压整流二极管D1上的电压波形

输出直流电压

1.4VDC

基极输入电感感应电压。

50mVpp50μs

图20：放大检波电路各部分的电压波形

从上图可以看出，电路的输出电压基本上与交流信号的峰峰值相等。

在上面电路输出部分C4, R3是进行检波滤波作用，它们的数值乘积对应滤波时间常数，增加滤波时间常数可以减少输出信号的波纹，提高信号的信噪比，但是会带来检波电路响应速度变慢。如果滤波时间常数减少，虽然会提高电路的响应速度，但是输出信号的波纹会增加。因此上，需要合理选择滤波时间常数。如果一阶滤波电路无法满足需要，也可以再增加一级RC滤波来取得速度和滤波效果的折中。

下图给出了突加交流信号和突减交流信号时，上述检波电路的输出信号。

关闭信号源

26ms

打开信号源

(A)突加信号时电路输出(B) 突减信号时电路输出

图21：检波电路的单位阶跃函数响应

可以看出，检波电路在信号突增时向响应速度要比信号下降沿的速度快得多，因此此正常调试的时候，需要综合这两个时间确定电路的平均响应速度。

五、问题讨论：

1、如何减小分布电容的影响？

谐振回路的谐振频率与感应线圈的电感量、谐振电容以及引线的分布电容有关系，为了减少分布电容的影响，可以采用以下几个方式：

（1）减小电感容量，比如使用4.7mH电感，这样可以增加谐振电容的容量，从而使得分布电容对于谐振频率影响减小。但是这样做会

降低谐振回路的Q 值，减小系统的灵敏度。

（2）

减少引线的长度。可以将谐振回路与放大电路做在一起，如下图所示：

图22：两个检测电路

L/10mH

1815

C1/6.8nf

C2/0.1uf

0.1uf

51kΩ

+5V GND OUT

图23：感应线圈与选频放大电路

上面给出电路制作方法，可以避免分布电容的影响，电路输出信号直接就是检波后的直流信号，可以通过引线送到单片机的AD 转换端口，而不必考虑引线的分布电容了。

下图是本方案最初进行验证时，组装的微型车模的情况。通过车模的运行，验证了本方案的可行性。

图24：安装有水平感应线圈的车模

2、如何设计三极管放大电路的静态工作点？

三极管放大电路的静态工作点，包括静态工作电压和静态工作电流。一般为了获得最大的放大动态范围，静态工作电压（三极管的集电极电压）设定为电源电压的一半。

I（三极管集电极电流）取决于在保证上述静态电压情况下，静态工作电流

集电极电阻。集电极电阻越大，静态工作电流越小。反之，集电极电阻越小，静

I，它们之间的比值就态工作电流越大。同时，集电极大小取决于基极偏置电流

是三极管的电流放大倍数。

一般情况下，电路的放大倍数取决于三极管的电流放大倍数β，三极管的输r以及集电极电阻等因素都与静态电流有关系，最终电路的放大倍数在一入电阻

定范围内与静态工作电流无关，在这儿不做更多的讨论。

影响电路最大的因素是静态工作电流所对应的电路的输入输出阻抗。一般情况下，静态工作电流越小，电路的输入、输出阻抗越大，反之，静态工作电流越大，输入、输出阻抗越小。我们一般希望电路的输入阻抗大、输出阻抗小，从而保证电路对于前后级的影响小。但是三极管的静态工作电流对于输入、输出阻抗影响是同时增加、或者同时减小。所以选择静态电流需要兼顾这两方面的指标。

在本电路中，输入阻抗会影响LC谐振电路的Q值，继而影响电路的选频特性。但是考虑到实际竞赛所提供的交变电源频率是在一个很宽的范围内（18-22kHz），所以Q值也不能够太高，一般建议在10左右。如果太高了，当信号频率变化时，会对电路增益产生较大的影响。所以调整电路的Q值，实际上可以通过调整放大电路的静态电流而达到。

输出阻抗会影响到后面的检波和AD转换电路。一般情况下设置在2k-20k 范围内都能够满足要求。

一般情况下，为了保证放大电路的增益，在选择三极管的时候，需要它的电流放大倍数最好大于150。如果一级放大电路增益不过，还可以级联一级三级管

放大电路。

3、为何不使用运算放大器？

在前面介绍的参考电路中，我们没有使用运算放大器进行信号的放大，这主要由于常用到的运算放大器（op07, uF741, NJM4580, NJM072B, JNM2904 等等）在工作电源、输出范围、频率响应等方面不能够满足我们的要求。

（1）工作电源：一般运放需要正负供电电源，在车模电路设计中，往往无法直接提供正负电源。

（2）输出范围：运放输出电压范围往往要比工作电源电压小1-2V，这样就大大限制了信号的范围。也有部分CMOS运放可以实现满工作电源的输出（Rail to Rail输出），但是这类运放的频率响应不够。

（3）频率响应：普通的运放的频率响应特性由增益带宽乘积参数决定。该参数一般在1-5Mhz左右，除了高速运放外。我们的信号频率为20kHz，如果使用增益带宽乘积参数为1Mhz的运放，它对于20kHz的最大增益已经减少到50倍左右了。此时，它的最大输出电压范围也会更加减少（主要受到输出电压转换速率参数的影响）。此时运放电路增益已经不能够满足我们的需要。

如果使用运放进行信号的放大，需要仔细选择运放，使得它的工作参数能够满足我们电路的需要。

综上所示，实际上直接使用三极管放大电路将会更加的简便。

4、如何识别起跑线上的永磁铁？

上面介绍的磁场检测电路尚不能够直接用于检测起跑线的永磁铁，所以可以使用普通的干簧管检测起跑线。

5、如何选择、制作感应线圈？

（1）容量的选择：电感容量选择要综合电感的Q值、体积、重量（决定了感应电动势系数）、谐振电容的容量、购买是否方便等因素考虑。

μ影响了电感的大小、Q值、价（2）材料的选择：电感磁芯材料的磁导率

μ越大，越有利于减少电感的体积，提格等。一般情况下，选择的磁性材料的

高感应信号的强度。

（3）线圈个数的选择：上面方法中只是介绍了使用两个水平线圈的方案，这个方案只能够检测车模当前相对于中心线的偏移量。为了提高车模的速度，需要增加检测的前瞻性。可以通过增加检测线圈的数量，合理的布局来提高检测的前瞻性。

（4）特制线圈：由于传感器的个数限制，可以通过绕制特殊形状、尺寸的感应线圈，提高系统的灵敏度和检测的前瞻性。

6、还可以使用什么电磁场传感器？

在导线周围存在着交变的磁场、电场。除了线圈之外，还可以利用集成的霍尔器件检测磁场强度和方向。这样器件可供选择也比较多，但一般情况下，高灵敏度的磁场霍尔器件价格都比较贵。

六、总结：

本文通过使用最简单的感应线圈的方式检测导线周围的交变磁场，只是用了两个水平放置的感应线圈就可以检测到车模相对于中心线的偏移量，从而控制车

模沿着道路行驶。

检测磁场、电场的方法多种多样，合理选择不同种类的传感器、通过不同的布局增加车模的检测路径的前瞻性和稳定性，将会在车模竞赛中取得换大的优势。

山东省济南市济阳县承功学校高中物理《磁场》单元检测试题

山东省济南市济阳县承功学校高中物理《磁场》单元检测试题一、本大题12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有一个或一个以上的选项正确。全选对的得4分，选对但不全的得2分，有错或不答的得0分 1．下列关于磁场的说法中，正确的是 ( ) A、只有磁铁周围才存在磁场 B、磁场是假想的，不是客观存在的 C、磁场只有在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才产生 D．磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用 2．关于磁感线的一些说法, 不正确的是 ( ) A. 磁感线上各点的切线方向, 就是该点的磁场方向 B. 磁场中两条磁感线一定不相交 C. 磁感线分布较密的地方, 磁感应强度较强 D. 通电螺线管的磁感线从北极出来, 终止于南极, 是一条不闭合的曲线 3. 如图所示, 在水平放置的光滑绝缘杆ab上, 挂有两个相同的金属环M和N．当两环均通以图示的相同方向的电流时，分析下列说法中，哪种说法正确（） A．两环静止不动 B．两环互相靠近 C．两环互相远离 D．两环同时向左运动 4. 一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点．棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力．为了使拉力等于零，可( ) A．适当减小磁感应强度 B．使磁场反向 C．适当增大电流强度 D．使电流反向 5．一束粒子沿水平方向飞过小磁针的下方，如图所示，此时小磁针的S极向纸内偏转，这一束粒子可能是 ( ) A．向右飞行的正离子束 B、向左飞行的负离子束 C、向右飞行的电子束 D、向左飞行的电子束 N S 6．一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图25所示。径迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电量不变）从图中情况可以确定（） A．粒子从a到b，带正电B．粒子从b到a，带正电 C．粒子从a到b，带负电D．粒子从b到a，带负电 7．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线 ( ) A．受到竖直向上的安培力 B．受到竖直向下的安培力 C．受到由南向北的安培力 D．受到由西向东的安培力 8．如图所示，在虚线所包围的圆形区域内，有方向垂直于圆面向里的匀强磁场，从磁场边缘的A点沿半径方向射入一束速率不同的质子，这些粒子在磁场里运动的过程中，下列结论中正确的是（） A．运动时间越长的，其轨迹越长 B．运动时间越短的，射出磁场的速率越小 C．在磁场中偏转越小的，运动时间越短 D．所有质子在磁场里运动时间均相等 9．由磁感应强度的定义式B=F/IL可知（）Ａ．若某处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受安培力一定为零Ｂ．通电导线放在磁场中某处不受安培力的作用时，则该处的磁感应强度一定为零Ｃ．同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力是一定的Ｄ．磁场中某点的磁感应强度与该点是否放通电导线无关 10．从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子，这些高能粒子流到达地球会对地球上的生命带来危害，但是由于地球周围存在磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到保护作用，如图所示。那么（） A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同 B．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最强，赤道附近最弱 C．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱，赤道附近最

高考物理总复习：第九章磁场综合检测

《磁场》综合检测 (时间:90分钟满分:100分) 一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1～7小题只有一个选项正确,第8～12小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分) 1.地球的地理两极与地磁两极并不完全重合,它们之间存在磁偏角,首先观测到磁偏角的是( D ) A.意大利航海家哥伦布 B.葡萄牙航海家麦哲伦 C.我国的航海家郑和 D.中国古代科学家沈括解析:世界上第一个清楚地、准确地论述磁偏角的是沈括.沈括是中国历史上最卓越的科学家之一,他发现了地磁偏角的存在,比欧洲发现地磁偏角早了四百多年,选项D正确. 2.如图,一个环形电流的中心有一根通电直导线,则环受到的磁场力( D ) A.沿环半径向外 B.沿环半径向内 C.沿通电直导线水平向左

D.等于零解析:通电直导线产生的磁场是以导线上各点为圆心的同心圆,而环形电流的方向与磁场方向平行,即B平行I,所以通电圆环不受磁场力的作用,即F=0,选项D正确,A,B,C错误. 3.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出射线,结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示),今测得两个相切圆半径之比R1∶R2=a,新核与射线质量之比为b,则下列说法正确的是( B ) A.放出的射线为高速电子流 B.半径为r2的圆为放出射线的运动轨迹 C.射线与新核动能之比为a D.射线与新核质子数之比为b 解析:根据动量守恒可以知道,放出射线后的粒子动量大小相等,方向相反,则根据左手定则可以知道,放出的粒子均带正电,选项A错误;放射出粒子在磁场中做匀速圆周运动,则qvB=m,即R=,由于动量守恒,而且放出的粒子电荷量小,则半径R大,故半径为r2的圆为放出射线的运动轨迹,选项B正确;根据动量与动能的关系E k=,则动能之比等于质量的反比,故射线与新核动能之比为b,选项C错误;射线与新核质子数之比即为电荷量之比,由于R=,则q=,即射线与新核质子数之比等于半径的反比,射线与新核质子数之比为a,选项D错

电磁组路径检测方法

电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案（竞赛秘书处 2010-1，版本1.0）一、前言第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。二、设计原理 1、导线周围的电磁场根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。如下图所示：图1：电流周围的电磁场示意图导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。由于赛道导航电线和小车尺寸l远远小于电磁波的波长λ，电磁场辐射能量很小（如果天线的长度l远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。由毕奥-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度为：

选修3第三章《磁场》单元测试题(含答案)

第三章《磁场》单元测试题一、选择题 1．以下关于磁场和磁感应强度B的说法，正确的是（） F，它跟F、I、l都有关A．磁场中某点的磁感应强度，根据公式B＝ Il B．磁场中某点的磁感应强度的方向垂直于该点的磁场方向 C．穿过线圈的磁通量为零的地方，磁感应强度不一定为零 D．磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也一定越大 2．关于磁感线的描述，下列说法中正确的是（） A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它在每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致 B．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止 C．磁感线就是细铁屑连成的曲线 D．磁场中某点磁感线的切线方向就是电流在该点的受力方向 3．下列说法正确的是（） A．奥斯特提出“分子电流”假说，认为永磁体的磁场和通电导线的磁场均由运动电荷产生 B．安培提出“分子电流”假说，认为永磁体的磁场和通电导线的磁场均由

运动电荷产生 C．根据“分子电流”假说，磁铁受到强烈振动时磁性会减弱 D．根据“分子电流”假说，磁铁在高温条件下磁性会减弱 4．如图1所示，若一束电子沿y轴正向移动，则在z轴上某点 A的磁场方向应是（） A．沿x的正向B．沿x的负向 C．沿z的正向D．沿z的负向 5．下列说法正确的是（） A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用 B．运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零 C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度 D．洛伦兹力对带电粒子不做功 6．两个电子以大小不同的初速度沿垂直磁场的方向射入同一个匀强磁场中。设r1、r2为这两个电子的运动轨道半径，T1、T2是它们的运动周期，则（）A．r1＝r2，T1≠T2 B．r1≠r2，T1≠T2 C．r1＝r2，T1＝T2 D．r1≠r2，T1＝T2 7．下列有关带电粒子运动的说法中正确的是（不考虑重力）（）

2020届高考电磁学汇编磁场单元测试

2020届高考电磁学汇编磁场单元测试 1．物理实验都需要有一定的操纵条件.奥斯特做电流磁效应实验时，应排除地磁场对实验的阻碍.关于奥斯特的实验，以下讲法中正确的选项是( ). A ．该实验必须在地球赤道上进行 B ．通电直导线应该竖直放置 C ．通电直导线应该水平东西方向放置 D ．通电直导线应该水平南北方向放置 2．有关磁场的物理概念，以下讲法中错误的选项是〔〕 A ．磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，是矢量 B ．磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向有关 C ．磁感应强度的方向跟放入磁场中的受磁场力作用的电流方向有关 D ．磁感线的切线方向表示磁场的方向，其疏密表示磁感应强度的大小 3．在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，那么此导线受到的安培力方向〔〕 A ．竖直向上 B ．竖直向下 C ．由南向北 D ．由西向东 4．如图1所示，两平行金属导轨CD 、EF 间距为L ，与电动势为E 的电源相连，质量为m 、电阻为R 的金属棒ab 垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计。为使ab 棒静止，需在空间施加的匀强磁场磁感强度的最小值及其方向分不为 A ．El mgR ，水平向右 B ．El mgR θcos ，垂直于回路平面向上 C ． El mgR θtan ，竖直向下 D ．El mgR θ sin ，垂直于回路平面向下 5．一束带电粒子从静止开始经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场中。假设它们在磁场中做圆周运动的半径相同，那么它们在磁场中具有相同的〔〕 A ．速率 B ．动能 C ．周期 D ．动量大小 6.在隧道工程以及矿山爆破作业中，部分未发火的炸药残留在爆破孔内，专门容易发生人员伤亡事故.为此，科学家制造了一种专门的磁性炸药，在磁性炸药制造过程中掺入了10％的磁性材料——钡铁氧体，然后放入磁化机磁化.使用磁性炸药一旦爆炸，即可安全消磁，而遇到不发火的情形可用磁性探测器测出未发火的炸药.掺入的钡铁氧体的消磁温度约为400℃，炸药的爆炸温度约2240℃～3100℃，一样炸药引爆温度最高为140℃左右.以上材料讲明( ). A ．磁性材料在低温下容易被磁化 B ．磁性材料在高温下容易被磁化 C ．磁性材料在低温下容易被消磁 D ．磁性材料在高温下容易被消磁 7．如图2所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T 的匀强磁场中，以导线为中心，半径为R 的圆周上有a 、b 、c 、d 四个点，c 点的实际磁感应强度为0，那么以下讲法中正确的选项是〔〕 A ．直导线中电流方向垂直纸面向里 B ．d 点的磁感应强度为0 C ．a 点的磁感应强度为2T ，方向向右 D ．b 点的磁感应强度为2T ，方向斜向下，与B 成450 角 C 图1 c a 图2

磁场综合测试题

磁场综合测试题一、单项选择题：本大题共6小题，每小题3分，共18分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.指南针静止时，其位置如图中虚线所示．若在其上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则指南针转向图中实线所示位置．据此可能是（B ） A.导线南北放置，通有向北的电流 B.导线南北放置，通有向南的电流 C.导线东西放置，通有向西的电流 D.导线东西放置，通有向东的电流 2.如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN ，电流I 方向从M 到N ，绳子的拉力均为F ，为使F ＝0，可能达到要求的方法是 ( C ) A ．加水平向右的磁场 B ．加水平向左的磁场 C ．加垂直纸面向里的磁场 D ．加垂直纸面向外的磁场 3.如图所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向上.由于磁场的作用，则（A ） A.板左侧聚集较多电子，使b 点电势高于a 点电势 B.板左侧聚集较多电子，使a 点电势高于b 点电势 C.板右侧聚集较多电子，使a 点电势高于b 点电势 D.板右侧聚集较多电子，使b 点电势高于a 点电势 4.如图所示，三根通电直导线P 、Q 、R 互相平行，通过正三角形的三个顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流；通电直导线产生磁场的磁感应强度B=kI/r ，I 为通电导线的电流强度，r 为距通电导线的距离的垂直距离，K 为常数；则R 受到的磁场力的方向是（A ） A.垂直R ，指向y 轴负方向 B.垂直R ，指向y 轴正方向 C.垂直R ，指向x 轴正方向 D.垂直R ，指向x 轴负方向 5.图中的D 为置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里．在开关S 接通后，导线D 所受磁场力的方向是( A ) A ．向上 B ．向下 C ．向左 D ．向右 6.如图，在一水平放置的平板MN 的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于纸面向里.许多质量为m 带电量为+q 的粒子，以相同的速率v 沿位于纸面内的各个方向，由小孔O 射入磁场区域. 不计重力，不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中Bq mv R .哪个图是正确的？（A ） b

磁场单元测试题

磁场单元测验一、单选题 1、关于磁感应强度，下列说法正确的是．．处的磁感应强度处，受到的磁场力比B处的大，说明AA．一小段通电导体放在磁场A 比B处的磁感应强度大F?B成正比，B．F由可知，某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导线所受磁场力IL与导线的IL成比 C．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零．小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向D的是2、下图中的通电导线在磁场中受力分析正确．． 3、如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方，磁针的S极向纸内偏转，这一带电粒子束可能是 A．向右飞行的正粒子束 B．向左飞行的正粒子束 C．向左飞行的负离子束 D．无法确定 4、如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直磁场放置，将ab两点接入电源两端，若电阻丝ab段受到的安培力大小为F，则此时三根电阻丝受到的安培力的合力大小为（） A．F B．1．5F C．2F D．3F 5、如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置．其核心部分是两个D 型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。则下

列说法正确的是（） A．离子做圆周运动的周期随半径增大 B．离子从磁场中获得能量 C．带电粒子加速所获得的最大动能与加速电压的大小有关 D．带电粒子加速所获得的最大动能与金属盒的半径有关的液滴在竖直面内做半径、如图所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为6q，则油滴的质量和环绕速度分别E，磁感应强度为B为R的匀速圆周运动，已知电场强度为为（）2qEgRBEE B，A．．，gEBBqEBgRqR qgR B C，．． D，gEg点垂直7、如图所示，直线MN上方有垂直纸面向里的匀强磁场，电子1从磁场边界上的a 点沿方向射入磁场，经a2也由t时间从b点离开磁场。之后电子MN1连线的ba、图示方向以相同速率垂直磁场方向射入磁场，经t时间从2）t∶t为（中点c离开磁场，则21 1 ∶∶ 2 D．32A．∶ 3 B．2∶1 C．3 、如图所示虚线框为一长方形区域，该区域内有一垂直于纸面向里的匀8 点垂直于磁场方向且垂直边界线沿图O强磁场，一束电子以不同的速率从四点射出磁场，比较它们在磁场d、c、中方向射入磁场后，分别从a、b ，其大小关系是（）、中的运动时间tt、t、t dcba = t= ttA．< t< t< t B．t= t ddacacbb> t= tC．t= t< t< t D．t> t d bdabacc ，电量9、如图所示，一半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m q的方向射入磁场，O的正电荷（重力忽略不计）以速度沿正对着圆心为v

高中物理第二章电磁感应与电磁场单元测试题及解析

第二章电磁感应与电磁场章末综合检测 (时间：90分钟；满分100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确) 1．下列过程中一定能产生感应电流的是( ) A．导体和磁场做相对运动 B．导体一部分在磁场中做切割磁感线运动 C．闭合导体静止不动，磁场相对导体运动 D．闭合导体内磁通量发生变化 2．关于磁通量的概念，下列说法中正确的是( ) A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大 B．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过闭合回路的磁通量也越大 C．穿过线圈的磁通量为零时，磁感应强度不一定为零 D．磁通量发生变化时，磁感应强度一定发生变化 3．如图2－3，半径为R的圆形线圈和矩形线圈abcd在同一平面内，且在矩形线圈内有变化的磁场，则( ) 图2－3 A．圆形线圈有感应电流，矩形线圈无感应电流 B．圆形线圈无感应电流，矩形线圈有感应电流 C．圆形线圈和矩形线圈都有感应电流 D．圆形线圈和矩形线圈都无感应电流 4．以下叙述不正确的是( ) A．任何电磁波在真空中的传播速度都等于光速 B．电磁波是横波 C．电磁波可以脱离“波源”而独自存在 D．任何变化的磁场都可以产生电磁波 5．德国《世界报》曾报道过个别西方发达国家正在研制电磁脉冲波武器——电磁炸弹．若一枚原始脉冲波功率10 kW、频率5千兆赫的电磁炸弹在不到100 m的高空爆炸，它将使方圆400 m2～500 m2地面范围内电场达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软盘均遭到破坏．电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是( ) A．电磁脉冲引起的电磁感应现象 B．电磁脉冲产生的动能 C．电磁脉冲产生的高温 D．电磁脉冲产生的强光 6．在图2－4中，理想变压器的原副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1，A、B为完全相同的灯泡，电源电压为U，则B灯两端的电压有( ) 图2－4 A．U/2 B．2U

电学综合检测题

电学综合测试题一、选择题 1、有a 、b 、c 、d 四个带电体，它们之间的相互作用是：a 排斥c ，b 吸引c ，b 排斥d ，已知d 带正电荷，由此判断a （）Ａ．带正电荷Ｂ．带负电荷Ｃ．都有可能Ｄ．无法判断 2、如图所示电路中，开关s 能同时控制电灯和电铃的是（） 3、小东同学发现课室中是用一个按钮开关控制着四盏日光灯,那么这四盏日光灯：（）。 A ．一定是并联的； B ．一定是串联的； C ．有可能是并联,也有可能是串联的； D ．有的串联,有的并联。 4、．如果要改变某一导体的电阻，下列方法中无效的是（）。 A 、改变导体的长度 B 、改变导体的横截面积 C 、改变导体的材料 D 、改变导体两端的电压 5、如图所示，电源电压为3V ，闭合开关，电压表示数为2V ，则：（） A 、灯泡L 1两端电压为2V B 、灯泡L 2两端电压为2V C 、灯泡L 1两端电压为3V D 、灯泡L 2两端电压为1V 6、如图所示，闭合开关S 后，灯泡L 发光，现把滑动变阻器的滑片P 向a 端移动，则灯泡L 的亮度与电流表示数的变化情况是：（） A 、灯泡L 变亮，电流表示数变大 B 、灯泡L 变暗，电流表示数变小 C 、灯泡L 变亮，电流表示数变小 D 、灯泡L 变暗，电流表示数变大 7、将下图的变阻器接入电路中，当滑片P 向左移动时，要使电阻减少，下列哪种接法正确（） A ．a 和b B ．a 和c C ．c 和d D ．b 和d 8、下列说法中正确的是（） A ．只有36V 的电压对人体才安全 B ．电压表不能直接接在电源正负极上。 C ．电源是提供电压的装置 D ．电路的两端有电压就一定有电流 9、下列符合安全用电常识的做法是( )． A 、用湿抹布擦拭电器 B 、将湿衣服晾在电线上 C 、在高压电线附近放风筝 D 、发现有人触电应立即切断电源 10、如图1所示，电源电压为12V 不变，用电压表测得L1两端的电压为12V ，L2两端的电压为零，两灯都不亮，则电路故障可能是（） A ．灯L1处断路 B ．灯L1处短路 C ．灯L2处断路 D ．灯L2处短路 11、如图4所示的电路中，如果把电流表和电压表的位置对换，则可能的情况是（） A ．电流表烧坏 B ．电压表烧坏 C ．灯L 不亮 D ．灯L 烧坏 12、如图5所示的电路中，电源电压不变，当开关S 闭合时，电流表的示数为0.8A ，当开关S 断开后，电流表的示数改变了0.5A ，则R1与R2的阻值之比为（） A ．13∶5 B ．3∶5 C 、5∶3 D 、5∶13 13、下面四盏电灯正常发光时，最亮的灯是（） A.“36v 100w ” B.“110v 40w ” C.“220v 25w ” D.“220v 60w 14、下面几个用电器额定电压和功率都相同，让它们在额定电压下工作相同时间，哪一种用电器产生的热量最多（） A 、电风扇 B 、洗衣机 C 、电炉 D 、霓虹灯 15、奥斯特实验证明了（） A ．磁极之间的相互作用规律； B ．地球是一个巨大的磁体； C ．电流周围存在着磁场； D ．电流周围存在着磁感应线。二、填空题： 16、在如图所示的电路中,只闭合S1、S3，断开S2时，L1和L2________连接；同时闭合S1、S2、S3，将会发生_______现象。 17、一个导体两端加4 V 电压时，通过它的电流强度为0.8 A ，当把它两端电压变为6 V 时，通过它的电流为_______A ，它的电阻为_______ 。 18、磁极间相互作用的规律是：同名磁极互相_________，异名磁极互相_________.。 19、如图，电源电压为12V ，电压表示数为4V ，

磁场检测(B)

第三章检测(B) (时间90分钟,满分100分) 一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分) 1.下列说法正确的是() A.磁感应强度是矢量,它的方向与通电导线在磁场中所受磁场力的方向相同 B.磁感应强度的单位是特斯拉,1 T=1 N/(A·m2) C.磁通量的大小等于穿过线圈单位面积的磁感线条数 D.磁通量的单位是韦伯,1 Wb=1 T·m2 解析:磁感应强度的方向与通电导线在磁场中所受磁场力的方向是垂直的,故选项A错误.由F=BIL ,单位关系1 T=1 N/(A·m),故选项B错误.磁通量的大小等于穿过某一面积的磁感线条数,选得B=F IL 项C错误.由Φ=BS知单位关系1 Wb=1 T·m2是正确的,选项D正确. 答案:D 2.如图所示,真空中两点电荷+q和-q以共同的角速度绕轴OO'匀速运动,P点距+q近,则P点磁感应强度的方向为() A.沿O'O向上 B.沿OO'向下 C.从+q指向-q D.磁感应强度为0 解析:电荷的定向移动形成电流,当两个点电荷匀速转动时,相当于产生两个环形电流,由I=q t 知两个电荷产生的等效电流大小相等,+q产生的电流形成的磁场在P点方向向上,-q产生的电流形成的磁场在P点方向向下,但由于P点离+q近,+q形成的电流在P点产生的磁感应强度大,因此P点磁感应强度方向应沿O'O向上,故选项A正确. 答案:A 3.如图所示,正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场.一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域,当速度大小为v b时,从b点离开磁场,在磁场中运动的时间为t b;当速度大小为v c时,从c 点离开磁场,在磁场中运动的时间为t c,不计粒子重力.则()

高考物理电磁学知识点之磁场单元检测附答案

高考物理电磁学知识点之磁场单元检测附答案一、选择题 1．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 2．如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为N1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当加上电流后，台秤读数为N2，则以下说法正确的是（） A．N1＞N2,弹簧长度将变长B．N1＞N2,弹簧长度将变短 C．N1＜N2,弹簧长度将变长D．N1＜N2,弹簧长度将变短 3．如图所示，有abcd四个离子，它们带等量的同种电荷，质量不等．有m a＝m b＜m c＝m d，以不等的速度v a＜v b＝v c＜v d进入速度选择器后有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定( ) A．射向P1的是a离子B．射向P2的是b离子 C．射到A1的是c离子D．射到A2的是d离子 4．电磁血流量计是基于法拉第电磁感应定律，运用在心血管手术和有创外科手术的精密监控仪器。工作原理如图所示，将患者血管置于磁感应强度为B的匀强磁场中，测出管壁上MN两点间的电势差为U，已知血管的直径为d，则血管中的血液流量Q为（） A．πdU B B． π 4 dU B C． πU Bd D． π 4 U Bd 5．有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是（）A．通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现

C．带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功 D．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行 6．如图所示，在半径为R的圆形区域内，有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面（未画出）。一群比荷为q m 的负离子以相同速率v0（较大），由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后，又飞出磁场，最终打在磁场区域右侧足够大荧光屏上，离子重力不计。则下列说法正确的是（） A．离子在磁场中的运动轨迹半径可能不相等 B．由Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长 C．离子在磁场中运动时间一定相等 D．沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大 7．教师在课堂上做了两个小实验，让小明同学印象深刻。第一个实验叫做“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，如图甲所示。第二个实验叫做“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，如图乙所示。下列关于这两个趣味实验的说法正确的是（） A．图甲中，从上往下看，液体沿顺时针方向旋转 B．图甲中，如果改变电源的正负极，液体的旋转方向不变 C．图乙中，如果将水银换成酒精，依然可以观察到弹簧不断上下振动 D．图乙中，如果改变电源的正负极，依然可以观察到弹簧不断上下振动 8．如图所示，空间某处存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的金属小球从M点水平射入场区，经一段时间运动到M点的右下方N点，关于小球由M到N的运动，下列说法正确的是（）

高中物理复习同步试题及答案磁场单元目标检测题(B卷)

磁场单元目标检测题（B 卷）一．选择题（只有一个答案是正确的） 1．电子、质子、中子和a 粒子都以相同的速度v 由同一点垂直射入同一匀强磁场中，观测到如右图所示的四条轨迹，那么a 粒子的运动轨迹为 A ． 1； B ．2； C ．3； D ．4。 2．如图所示，两条导线互相垂直，但不接触，其中AB 是固定的，CD 能自由转动，当电流按图示方向通入两条导线时，CD 导线将 A 顺时针方向转动，同时靠近导线AB B 逆时针方向转动，同时离开导线AB C 顺时针方向转动，同时离开导线AB D 逆时针方向转动，同时靠近导线AB 3．如图所示，在第一象限内，有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以相同速率沿与x 轴成300角从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动时间之比为 A 1：2 B 2：1 C 1：3 D 1：1 4．如图所示，三条长直导线，都通有垂直于纸面向里的电流，且 I 1 = I 2 = I 3 = I ，则距三导线距离都相等的A 点的磁感应强度的方向为 A 方向向上 B 方向向下 C 方向向左 D 方向向右 5．一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电量不变）．从图中可以确定 A ．粒子从a 到b ，带正电 B ．粒子从b 到a ，带正电 C ．粒子从a 到b ，带负电 D ．粒子从b 到a ，带负电 6．如图所示，长为L 的直导线ab 放在相互平行的金属导轨上，导轨宽为d ，通过ab 的电流为I ，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里，ab 与导轨的夹角为θ，则ab 所受磁场力的大小为 A BI L B BIdsin θ C BI Lsin θ D BId 7．真空中同时存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，三个带有等量同种电荷的油滴a 、b 、c 在场中做不同的运动．其中a 静止，b 向右做匀速直线运动，c 向左做匀速直线运动，则三油滴质量大小关系为 A ．a 最大 B ．b 最大 C ．c 最大 D ．都相等 8．一个带正电荷的微粒（重力不计）穿过图中匀强电场和匀强磁场区域时，恰能沿直线运动，则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是 A ．增大电荷质量 B ．增大电荷电量 C ．减少入射速度 D ．增大磁感强度 A B C D 0 x y B 30 I 1 I 3 I 2 A a b

2019高中物理第三章磁场章末综合检测新人教版选修3-1

第三章磁场章末综合检测一、单项选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内) 1．关于磁通量，正确的说法有( ) A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量 B．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大 C．磁通量大，磁感应强度不一定大 D．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大解析：磁通量是标量，大小与B、S及放置角度均有关，只有C项说法完全正确．答案：C 2．如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在条形磁体N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ.在这个过程中，线圈中的磁通量( ) A．是增加的 B．是减少的 C．先增加，后减少 D．先减少，后增加解析：要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道条形磁体的磁极附近磁感线的分布情况．线圈位于位置Ⅱ时，磁通量为零，故线圈中磁通量是先减少，后增加的．答案：D 3.如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力．为了使拉力等于零，可以( ) A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向 C．适当增大电流D．使电流反向解析：首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和竖直向上的安培力．处于平衡时有2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大．答案：C 4．如图所示，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直．在电磁场区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球．O点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，Ob沿水平方向．已知小球所受电场力与重力大小相等．现将小球从环的顶

磁场单元测试

磁场单元测试一、选择题 1．关于磁场和磁感线的描述，正确的说法有（） A．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质 B．磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向 C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止 D．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线 2．如图1所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（） A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 3．有电子、质子、氘核、氚核，以同样速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都作匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是（） A．氘核B．氚核C．电子D．质子 4．两个电子以大小不同的初速度沿垂直于磁场的方向射入同一匀强磁场中．设r1、r2为这两个电子的运动轨道半径，T1、T2是它们的运动周期，则（） A．r1＝r2，T1≠T2B．r1≠r2，T1≠T2 C．r1＝r2，T1＝T2D．r1≠r2，T1＝T2 5．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核．该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图2中a、b所示．由图可以判定（） A．该核发生的是α衰变 B．该核发生的是β衰变 C．磁场方向一定是垂直纸面向里 D．磁场方向向里还是向外不能判定 6．如图3有一混合正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束流在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的（） A．速度B．质量 C．电荷D．荷质比7．设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图4所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，以下说法中正确的是（） A．这离子必带正电荷B．A点和B点位于同一高度 C．离子在C点时速度最大D．离子到达B点后，将沿原曲线返回A点 8．如图5所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内（磁场水平向内），有一离子恰能沿直线飞过此区域（不计离子重力）（） A．若离子带正电，E方向应向下B．若离子带负电，E方向应向上 C．若离子带正电，E方向应向上D．不管离子带何种电，E方向都向下 9．一根通有电流I的直铜棒用软导线挂在如图6所示匀强磁场中，此时悬线中的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．适当增大电流，方向不变 B．适当减小电流，并使它反向 C．电流大小、方向不变，适当增强磁场 D．使原电流反向，并适当减弱磁场 10．如图7所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以（）A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极 B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极 C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极 D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d接在交流电源的另一端 11．带电为+q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是（） A．只要速度大小相同，所受洛仑兹力就相同 B．如果把+q改为-q，且速度反向大小不变，则洛仑兹力的大小，方向均不变 C．洛仑兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D．粒子只受到洛仑兹力作用，其运动的动能、动量均不变 12．关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是（） A．有磁必有电荷，有电荷必有磁 B．一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用 C．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的

高中物理磁场(综合检测)

第三章磁场（综合检测） (时间：90分钟，满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确) 1．一根长直导线穿过载有恒定电流的环形导线中心且垂直于环面，导线中的电流方向如图3－5所示．则环的受力方向() 图3－5 A．沿环的半径向外 B．沿环的半径向里 C．水平向左 D．不受安培力 2．用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图3－6所示．当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有() 图3－6 A．两导线环相互吸引 B．两导线环相互排斥 C．两导线环无相互作用力 D．两导线环先吸引后排斥 3．如图3－7所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场．若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是() 图3－7 A．在b、n之间某点B．在n、a之间某点 C．a点D．在a、m之间某点 4．如图3－8所示，在第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以不同速率沿着与x轴成30°角从原点射入磁场，它们的轨道半径之比为1∶3，则正、负电子在磁场中运动时间之比为()

图3－8 A．1∶2B．2∶1 C．1∶3 D．3∶1 5．如图3－9所示，一束质量、带电量、速度均未知的正离子射入正交的电场、磁场区域，发现有些离子毫无偏移地通过这一区域，对于这些离子来说，它们一定具有() 图3－9 A．相同的速率 B．相同的电量 C．相同的质量 D．速率、电量和质量均相同 6．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图3－10所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口．在垂直于上、下底面的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场，在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积，)下列说法中正确的是() 图3－10 A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高 C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大 D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关 7．如图3－11所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧．这些粒子的质量、电荷量以及速度大小如下表所示．图3－11

高考物理新电磁学知识点之磁场单元检测

高考物理新电磁学知识点之磁场单元检测一、选择题 1．质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速度率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（） A．M带正电，N带负电 B．M的速度率小于N的速率 C．洛伦兹力对M、N做正功 D．M的运行时间等于N的运行时间 2．质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹分别如图中的两支虚线所示，下列表述正确的是（） A．M带正电，N带负电 B．M的速率大于N的速率 C．洛伦磁力对M、N做正功 D．M的运行时间大于N的运行时间 3．如图所示，一块长方体金属板材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当通以从左到右的恒定电流I时，金属材料上、下表面电势分别为φ1、 φ2。该金属材料垂直电流方向的截面为长方形，其与磁场垂直的边长为a、与磁场平行的边长为b，金属材料单位体积内自由电子数为n，元电荷为e。那么 A． 12IB enb ?? -=B． 12IB enb ?? -=- C． 12 IB ena ?? -=D． 12 IB ena ?? -=-4．有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是（）

A ．通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用 B ．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 C ．带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功 D ．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行 5．如图所示，在半径为R 的圆形区域内，有匀强磁场，磁感应强度为B ，方向垂直于圆平面（未画出）。一群比荷为 q m 的负离子以相同速率v 0（较大），由P 点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后，又飞出磁场，最终打在磁场区域右侧足够大荧光屏上，离子重力不计。则下列说法正确的是（） A ．离子在磁场中的运动轨迹半径可能不相等 B ．由Q 点飞出的离子在磁场中运动的时间最长 C ．离子在磁场中运动时间一定相等 D ．沿PQ 方向射入的离子飞出时偏转角最大 6．教师在课堂上做了两个小实验，让小明同学印象深刻。第一个实验叫做“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，如图甲所示。第二个实验叫做“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，如图乙所示。下列关于这两个趣味实验的说法正确的是（） A ．图甲中，从上往下看，液体沿顺时针方向旋转 B ．图甲中，如果改变电源的正负极，液体的旋转方向不变 C ．图乙中，如果将水银换成酒精，依然可以观察到弹簧不断上下振动 D ．图乙中，如果改变电源的正负极，依然可以观察到弹簧不断上下振动 7．一回旋加速器当外加磁场一定时，可把质子加速到v ，它能把氚核加速到的速度为（） A ．v B ．2v C ． 3 v D ． 23 v 8．如图，边长为l ，质量为m 的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通