2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——磁學(xué)在磁材料研究中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題3分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在答題卡相應(yīng)位置。）1.一條無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流I，其周?chē)滁c(diǎn)P距離導(dǎo)線垂直距離為a。若在P點(diǎn)放置一個(gè)面積為S的小圓盤(pán)，圓盤(pán)平面與直導(dǎo)線所在平面垂直，且圓盤(pán)中心與P點(diǎn)重合，則通過(guò)該圓盤(pán)的磁通量大小為（）。A.μ?I/(2πa)B.μ?IS/(2πa2)C.μ?Ia/(2πS)D.02.一電子以速度v?垂直于均勻磁場(chǎng)B進(jìn)入，受到的洛倫茲力大小為F。若將該電子的速度增大為2v?，則其受到的洛倫茲力大小變?yōu)椋ǎ?。A.F/2B.FC.2FD.4F3.對(duì)于一個(gè)處于外磁場(chǎng)中的抗磁性材料，其內(nèi)部磁化強(qiáng)度M的方向總是（）。A.與外磁場(chǎng)B?方向相同B.與外磁場(chǎng)B?方向相反C.沿外磁場(chǎng)B?方向的外法線方向D.沿外磁場(chǎng)B?方向的切線方向4.磁介質(zhì)可分為順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。下列說(shuō)法正確的是（）。A.順磁質(zhì)的磁導(dǎo)率μ總是大于真空磁導(dǎo)率μ?B.抗磁質(zhì)的磁化率χ總是小于零C.鐵磁質(zhì)內(nèi)部存在宏觀的磁偶極矩D.順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁性都源于原子內(nèi)部的電子自旋5.磁化曲線描述了磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外加磁場(chǎng)H變化的關(guān)系。對(duì)于鐵磁質(zhì)，其磁化曲線具有（）特征。A.線性關(guān)系B.單調(diào)遞增關(guān)系C.非線性關(guān)系，且經(jīng)過(guò)飽和點(diǎn)D.恒定不變6.磁滯回線是鐵磁材料的重要特征，它反映了（）。A.材料的導(dǎo)電性能B.材料的導(dǎo)熱性能C.材料磁化過(guò)程中的能量損耗D.材料在交變磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與外加磁場(chǎng)的關(guān)系7.磁記錄技術(shù)利用了磁性材料的（）特性。A.磁致伸縮B.磁光效應(yīng)C.磁滯回線D.巨磁阻效應(yīng)8.磁阻效應(yīng)是指某些材料的電阻率隨外加磁場(chǎng)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。以下哪項(xiàng)應(yīng)用利用了磁阻效應(yīng)？（）A.發(fā)電機(jī)B.電動(dòng)機(jī)C.磁阻傳感器D.變壓器9.磁懸浮列車(chē)?yán)脧?qiáng)大的磁場(chǎng)將列車(chē)懸浮在軌道上方，主要利用了（）原理。A.電磁感應(yīng)B.洛倫茲力C.磁致伸縮D.熱脹冷縮10.自旋磁矩是指微觀粒子（如電子）由于自旋而具有的等效磁矩。自旋磁矩對(duì)磁材料宏觀磁性的貢獻(xiàn)，通常在（）條件下最為顯著。A.高溫B.低溫C.強(qiáng)磁場(chǎng)D.無(wú)外磁場(chǎng)二、填空題（每小題4分，共20分。請(qǐng)將答案填在答題卡相應(yīng)位置。）1.一螺線管匝數(shù)為N，橫截面積為S，通過(guò)的電流為I。若螺線管內(nèi)部充滿磁導(dǎo)率為μ的磁介質(zhì)，則其產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為_(kāi)_______。2.磁介質(zhì)放入外磁場(chǎng)中會(huì)被磁化，磁化強(qiáng)度M定義為單位體積的________。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系為B=μ?(H+M)，其中μ?為真空磁導(dǎo)率，χ為磁化率，則χ=________。4.磁疇是指鐵磁材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域，其形成的主要原因是鐵磁材料內(nèi)部存在________。5.巨磁阻效應(yīng)是指某些材料的電阻率在存在較小外加磁場(chǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要利用了________材料。三、計(jì)算題（每小題10分，共30分。請(qǐng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和計(jì)算過(guò)程。）1.一根無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流I，旁邊放置一個(gè)與之共面的矩形線框abcd，線框長(zhǎng)為l，寬為a，且ab邊與導(dǎo)線平行，距離導(dǎo)線為b。求通過(guò)矩形線框的磁通量。2.一個(gè)質(zhì)子以速度v?=3×10?m/s垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T的均勻磁場(chǎng)中。求質(zhì)子所受的洛倫茲力大小，并說(shuō)明力的方向。（質(zhì)子電荷e=1.6×10?1?C，質(zhì)子質(zhì)量m_p=1.67×10?2?kg）3.一鐵磁材料的磁化曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)外加磁場(chǎng)H從0增加到1000A/m時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B從0增加到1.2T。假設(shè)該材料在此范圍內(nèi)可近似視為線性磁介質(zhì)（μ_r=B/μ?H恒定），試求：（1）該材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r；（2）該材料的磁化率χ。四、簡(jiǎn)答題（每小題10分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述鐵磁材料的磁化過(guò)程與順磁材料的磁化過(guò)程的區(qū)別。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明磁記錄的工作原理，并指出影響磁記錄存儲(chǔ)密度的關(guān)鍵因素。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.C9.B10.B二、填空題1.μN(yùn)I/S2.磁矩的矢量和3.M/μ?H或χ4.磁晶各向異性能5.巨磁阻三、計(jì)算題1.解：取矩形線框平面為xy平面，長(zhǎng)直導(dǎo)線位于x軸上，原點(diǎn)與導(dǎo)線重合。在ab邊附近取一窄條面積元dS=ldx，距離導(dǎo)線x處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B(x)=μ?I/(2πx)。通過(guò)面積元dS的磁通量dΦ=B(x)dS=(μ?I/(2πx))ldx。通過(guò)整個(gè)矩形線框的磁通量Φ=∫dΦ=∫[b+a][b](μ?I/(2πx))ldx=μ?Il/(2π)*∫[b+a][b](1/x)dx=μ?Il/(2π)*[lnx]_[b+a][b]=μ?Il/(2π)*(ln(b+a)-ln(b))=μ?Illn((b+a)/b)。2.解：質(zhì)子受洛倫茲力F=ev?B。代入數(shù)值F=(1.6×10?1?C)×(3×10?m/s)×(0.1T)=4.8×10?13N。力的方向：根據(jù)左手定則（對(duì)于正電荷，可想象為右手定則），v?方向?yàn)檎齲軸，B方向?yàn)檎齴軸，則洛倫茲力F方向沿正y軸。3.解：(1)根據(jù)定義，相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r=B/(μ?H)。代入數(shù)值μ_r=1.2T/(4π×10??T·m/A×1000A/m)≈1.27×103。(2)磁化率χ=μ_r-1=1.27×103-1=1.27×103。四、簡(jiǎn)答題1.答：順磁材料的磁化過(guò)程是分子磁矩在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)向，使磁矩趨向于與外磁場(chǎng)方向一致，磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)增大而增大，但磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)H成正比，不存在磁飽和現(xiàn)象，去除外磁場(chǎng)后磁性完全消失。鐵磁材料的磁化過(guò)程涉及磁疇的疇壁位移和磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其磁矩與外磁場(chǎng)方向一致，存在磁飽和現(xiàn)象，磁化強(qiáng)度M遠(yuǎn)大于外磁場(chǎng)H，且磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)H不成正比，存在磁滯現(xiàn)象，去除外磁場(chǎng)后仍保留部分磁性（剩磁）。2.答：磁記錄的工作原理是利用強(qiáng)磁場(chǎng)使記錄介質(zhì)的磁化狀態(tài)發(fā)生改變，從而存儲(chǔ)信息。信息以微小磁元的極性（例如N極或S極）來(lái)表示。寫(xiě)入時(shí)，通過(guò)磁頭線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，改變記錄介質(zhì)表面