2021年高考物理模拟题精练专题2

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（物理实验）

第二部分电学实验

专题2.31与磁场相关的电学创新实验

1.（8分）（2020山东三校联考）霍尔元件可以用来检测磁场及其变化.图甲为使用霍尔元件测量通电

直导线产生磁场的装置示意图.由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场.测量原理如乙

图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱

可以把霍尔元件接入电路.所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好.为测量霍尔元件所处区域的磁

感应强度B；

甲

（1）制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍

尔元件（填“前表面”或“后表面”）电势高；

（2）在图中画线连接成实验电路图；

（3）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,霍尔元件的厚度为h,为测量

霍尔元件所处区域的磁感应强度B,还必须测量的物理量有（写出具体的物理量名称及其符号），计

算式B=.

【名师解析】

（1）磁场是直线电流产生，根据安培定则，磁场方向向下；电流向右，根据左手定则，安培力向内，载流子是负电荷,

故后表面带负电，前表面带正电，故前表面电势较高；

（2）变阻器控制电流，用电压表测量电压，电路图如图所示：

（3）设前后表面的厚度为d,最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有：qU/d=qvB

根据电流微观表达式，有.：

I=neSv=ne(dh)v

故还必须测量的物理量有：电压表读数U,电流表读数I；

【参考答案】：

(1)前表面；

(2)如图所示；

nehU

(3)电压表读数U,电流表读数I；-----.

I

2.(2020辽宁模拟)物理兴趣小组设计了两种方法测量磁感应强度。

(1)方法1.如图1所示，相距L的平行导轨水平放置，平行导轨处在竖直方向的匀强磁场中，导轨上放置

一导体棒，导体棒系两根平行细线连接到两个相同的传感器上，导轨右端连接一电阻箱R和电池，电池电

动势为E,内阻不计，导轨和导体棒电阻不计。

图1

。匀强磁场的方向为(选填“水平向左”、"水平向右”、“垂直纸面向里、“垂直纸面向外”)；

。多次改变电阻箱的阻值R,得到对应的拉力传感器显示的数值F,以尸为纵坐标，要得到线形图象，横坐

标应该为;

8若得到的线形图象斜率为k,则匀强磁场的磁感应强度B=。

(2)方法二。利用电流天平测量匀强磁场的磁感应强度的大小。如图2所示，测量前天平已调至平衡，测

量时，在左边托盘中放入质量为小的祛码，右边托盘中不放祛码，将一个质量为〃小匝数为〃、下边长为

/的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中。线圈的两头连在如图3所示

的电路中，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势为E,内阻为人开关S闭合后，调节可变电阻至Ri

时，天平正好平衡，此时电压表读数为己知〃取重力加速度为g。

,3/7"

接亚形线圈

图2图3

。.矩形线圈中电流的方向为(选填："顺时针方向”或“逆时针方向”)

。.矩形线圈的电阻为R=

。.匀强磁场的磁感应强度的大小B=o

【参考答案】（1）0垂直纸面向里.（1分）。一.（2分）o2〃E〃2分）

R

（2）Q逆时针方向（1分）0七3f（2分）s（%-㈤化（2分）

U'n（E—U）l

【名师解析】（1）。根据题述情景，导体棒所受安培拉方向向右，由左手定则可判断出匀强磁场的方向为垂

直纸面向里。

。由2F=BIL,I=E/R,得F=e也,，以尸为纵坐标，要得到线形图象，横坐标应该为工。。由k=码解

2RR2

得B=2k/EL。

（2）。由于加o＞，"根据天平的平衡条件可判定线圈受到的安培力方向竖直向上,由左手定则判断知矩形线圈

中电流的方向为逆时针方向；

UUr

。根据闭合电路欧姆定律可得U=E-——八解得矩形线圈的电阻R=—匕--凡。

R+KE-U1

E-U

。根据平衡条件有m°g・F=mg,而F=nBlL,/=一上，联立解得匀强磁场的磁感应强度的大小

r

~n（E-U）l

3.（9分）（2019湖南师大附中三模）图甲是物理实验室的一种永久蹄形磁铁，某物理兴趣小组设计了一个

测量蹄形磁铁磁极间磁感应强度大小的实验。

（1）如图乙所示，将由铜导线绕制而成的矩形线圈悬挂在支架上，导线两端分别由a、b处抽出连在两

接线柱A、B上。线圈下边ab保持水平，现将一轻线的一端系在线圈ab边的中点，另一端绕过一轻小

滑轮后连接一小沙桶，调整支架高度是线圈与滑轮间细线保持水平。

（2）将多个图甲中的蹄形磁铁紧密并列放置，水平插入线圈，使线圈下边ab处于磁铁N、S间，磁场

宽度正好与线圈下边ab长度相同，当线圈中通电后，向沙桶中缓慢加入适量细沙，使导线框仍保持竖直

悬挂。读出电流表示数为I,断开电源，取下沙桶，用天平称量沙桶总质量为m。

(3)线圈中电流由图内电路提供，若蹄形磁铁S极在上方，N极在下方，则接线柱A应与丙图电路中

的接线柱(选填"C”或"D”)相连。

(4)若线圈电阻约为1C,允许最大电流0.5A,电流表量程为0〜0.6A,内阻约为0.5C,电源为4节干

电池串联，每节干电池的电动势为1.5V,内阻不计。Ro为定值电阻，现备有1()。和100。各一只，则应

选Q连入电路；有最大阻值分别为20Q和1000Q的滑动变阻器各一只，应选Q连入电路。

(5)若线圈匝数为n,其下边ab长度为L,本地重力加速度为g,则用测得的物理量和已知量表示磁感

应强度大小B=o

【名师解析】(3)磁场方向竖直向上，线圈受安培力向左，与细线的拉力平衡，则线圈中电流应由接线柱B

流入，由接线柱A流出，故接线柱A应与电路中的接线柱D连接。

(4)线圈中最大电流为0.5A,则电路中最小电阻为12Q,故定值电阻应选10C.为方便调节，滑动变

阻器应选最大电阻值较小的、即20。的滑动变阻器。

(5)线圈静止时，在水平方向线圈受到的绳子的拉力与安培力大小相等方向相反，有：mg=nBIL,

【参考答案】(3)D；(4)10,20；(5)—

nlL

4.(2018云南建水四校联考)霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得

了突破性进展.如图1所示，在一矩形半导体薄片的P,。间通入电流/,同时外加与薄片垂直的磁场3,

TT>

在M,N间出现电压.，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足如=上一7,式中d为薄片的厚

a

度，%为霍尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数.

图1

(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图1所示，该同学用电压表测量UH

时，应将电压表的“十”接线柱与(填“AT或"M)端通过导线相连.

(2)已知薄片厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度8=0.10T不变，改变电流/的大小，测量相应的UH

值，记录数据如下表所示.根据表中数据在图2中画出UH—/图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为

xl()3v.m.A〕Tr(保留2位有效数字).

Z(xlO-3A)3.06.09.012.015.018.0

。心10-3V)1.11.93.44.56.26.8

（3）该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔

系数的测量误差，为此该同学设计了如图3所示的测量电路，S1.S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导

体薄片（未画出）.为使电流从。端流入，户端流出，应将Si掷向（填7”或""）,S2掷向（填

%”或“才》为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其它

连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件和（填器件代号）之间.

图3

.【参考答案】（1）“

（2）如图所示

1.5（1.4-1.6）（3）bcSi（或S2）E

【名师解析】（1）根据左手定则，正电荷受力向左，因此"+”接线柱应接M点；（2）画出图象，图象的斜率

kR

为亍，将8和"代入就可以求出左值为1.5；(3)将Si掷向b,S2掷向c,电流恰好反向；应将该电阻接入

公共部分，即在Si与S2之间，因此可以在Si与E之间也可以在E与S2之间.

5.1879年美国物理学家霍尔在研究载流导体在磁场中受力情况时，发现了一种新的电磁效应：将导体置

于磁场中，并沿垂直磁场方向通入电流，则在导体中垂直于电流和磁场的方向会产生一个横向电势差，这

种现象后来被称为霍尔效应，这个横向的电势差称为霍尔电势差.

(1)如图甲所示，某长方体导体〃加的高度为反宽度为/,其中的载流子为自由电子，自由电子电

荷量为e,导体处在与a历卬面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为Bo.在导体中通有垂直于Ac方面的

恒定电流，若测得通过导体的恒定电流为/,横向霍尔电势差为UH,此导体中单位体积内自由电子的个数为

(2)对于某种确定的导体材料，其单位体积内的载流子数目〃和载流子所带电荷量q均为定值，人们将H君

定义为该导体材料的霍尔系数.利用霍尔系数H已知的材料可以制成测量磁感应强度的探头，有些探头的

体积很小，其正对横截面(相当于图甲中的。仍"面)的面积可以在01cm?以下，因此可以用来较精确地测量

空间某一位置的磁感应强度.如图乙所示为一种利用霍尔效应测磁感应强度的仪器，其中探头装在探杆的

前端，且使探头的正对横截面与探杆垂直.这种仪器既可以控制通过探头的恒定电流的大小/,又可以监测

探头所产生的霍尔电势差UH,并自动计算出探头所测位置磁场的磁感应强度的大小，且显示在仪器的显示

窗内.

①在利用上述仪器测量磁感应强度的过程中，对控杆的放置方位要求为：.

②要计算出所测位置磁场的磁感应强度，除了要知道H、I、UH外,还需要知道物理量__________________.推

导出用上述物理量表示所测位置磁感应强度大小的表达式：.

【参考答案】(1)黑

(2)①应调整探杆的放置位置(或调整探头的方位)，使霍尔电势差达到最大(或使探杆与磁场方向平行；使探

头的正对横截面与磁场方向垂宜；〃防W面与磁场方向垂直)

②探头沿磁场方向的宽度/

【名师解析】（1）设单位体积内的自由电子数为小自由电子定向移动的速率为V,

则有l=nehlv

当形成恒定电流时，自由电子所受电场力与洛伦兹力相等，因此有

n

解得片制

（2）①应调整探杆的放置方位（或调整探头的方位），使霍尔电势差达到最大（或使探杆与磁场方向平行；探头

的正对横截面与磁场方向垂直；面与磁场方向垂直）.

②设探头中的载流子所带电荷量为q,根据上述分析可知，探头处于磁感应强度为8的磁场中，

当通有恒定电流1,产生最大稳定霍尔电压（出时，

有qvB-c^

又因1—nqhlv和"=卷

联立可解得3=宵

所以，还需要知道探头沿磁场方向的宽度/.

6.（2016全国理综HI丙卷）某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨必和4a固定

在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的

正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

（1）在图中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿

箭头所示的方向移动。

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A.适当增加两导轨间的距离

B.换一根更长的金属棒

C.适当增大金属棒中的电流

其中正确的是（填入正确选项前的标号）

【参考答案】（1）如图所示（2）AC

【名师解析】为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，由动能定理可知，可以增大安培力和安培力作用

的位移（导轨长度）。由安培力公式F=BIL可知，适当增加两导轨间的距离L,适当增大金属棒中的电流I,

所以正确选项为ACo由于安培力公式中的L为通电电流部分导体的有效长度，而选项B中换一根更长的金

属棒，不能改变通电电流部分导体的有效长度，所以选项B错误。

考点：考查了研究安培力实验

7..（2016湖北七市（州）联考）（9分）材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应

可以测量压力大小.若图1为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无

压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F