高考物理一轮复习文档:第九章第1讲磁场及其对电流的作用练习
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第1讲磁场的描述磁场对电流的作用1.(高考全国卷Ⅰ)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( )A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半解析:选B.安培力的方向始终与电流方向和磁场方向垂直,选项A错误,选项B正确;由F=BIL sinθ可知,安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关,选项C错误;将直导线从中点折成直角时,因磁场与导线的夹角未知,则安培力的大小不能确定,选项D错误.2.(多选)(2015·高考全国卷Ⅱ)指南针是我国古代四大发明之一.关于指南针,下列说法正确的是( ) A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转解析:选BC.指南针是一个小磁体,具有N、S两个磁极,因为地磁场的作用,指南针的N极指向地理的北极,选项A错误,选项B正确.因为指南针本身是一个小磁体,所以会对附近的铁块产生力的作用,同时指南针也会受到反作用力,所以会受铁块干扰,选项C正确.在地磁场中,指南针南北指向,当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时,通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向,所以会使指南针偏转,选项D 错误.3.(2018·湖北部分重点中学模拟)已知直线电流在其空间某点产生的磁场,其磁感应强度B的大小与电流强度成正比,与点到通电导线的距离成反比.现有平行放置的三根长直通电导线,分别通过一个直角三角形△ABC的三个顶点且与三角形所在平面垂直,如图所示,∠ACB=60°,O为斜边的中点.已知I1=2I2=2I3,I2在O点产生的磁场磁感应强度大小为B,则关于O点的磁感应强度,下列说法正确的是( )A.大小为2B,方向垂直AB向左B.大小为23B,方向垂直AB向左C.大小为2B,方向垂直AB向右D.大小为23B,方向垂直AB向右解析:选 B.导线周围的磁场的磁感线,是围绕导线形成的同心圆,空间某点的磁场沿该点的切线方向,即与该点和导线的连线垂直,根据右手螺旋定则,可知三根导线在O点的磁感应强度的方向如图所示.已知直线电流在其空间某点产生的磁场,其磁感应强度B的大小与电流强度成正比,与点到通电导线的距离成反比,已知I1=2I2=2I3,I2在O点产生的磁场磁感应强度大小为B,O点到三根导线的距离相等,可知B3=B2=B,B1=2B,由几何关系可知三根导线在平行于AB方向的合磁场为零,垂直于AB方向的合磁场为23B.综上可得,O点的磁感应强度大小为23B,方向垂直于AB向左.故B正确,A、C、D错误.2。
权掇市安稳阳光实验学校磁场及其对电流的作用时间:45分钟满分:100分一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分。
其中1~6为单选,7~10为多选)1.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系,下列说法正确的是( )A.F、B、I三者必须保持相互垂直B.F必须垂直B、I,但B、I可以不相互垂直C.B必须垂直F、I,但F、I可以不相互垂直D.I必须垂直F、B,但F、B可以不相互垂直答案B解析由左手定则可知,F必须与B和I确定的平面垂直,即F⊥B,F⊥I,但B和I不一定垂直,所以B选项正确,其他选项错误。
2.[2016·德州模拟]如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况(只标出了部分磁感线的方向),以O点(图中白点)为坐标原点,沿z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为( )答案C解析磁感线的疏密表示磁场的强弱,由图可知,沿z轴正方向的磁感应强度的大小是先变小后变大,由于题目中问的是磁感应强度B大小的变化最有可能的为哪个,只有C正确。
3.如图所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图。
当圆盘高速绕中心轴OO′转动时,通电直导线所受磁场力的方向是( )A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外答案C解析橡胶盘带负电,顺时针转动,形成逆时针方向环形电流,由安培定则可知,在通电直导线所在位置产生的磁场竖直向上,所以由左手定则可知,直导线所受磁场力的方向水平向里,C选项正确,其他选项错误。
4.如图所示,一圆环用细橡皮筋悬吊着处于静止状态,环中通以逆时针方向的电流,在环的两侧放有平行于橡皮筋的直导线,导线和环在同一竖直面内,两导线到橡皮筋的距离相等。
现在直导线中同时通以方向如图所示、大小相等的电流,则通电的瞬间( )A.环将向右摆动B.俯视看环会发生顺时针转动C.橡皮筋会被拉长D.环有收缩的趋势答案D解析直导线通电后,由安培定则可知,两导线间平面上的磁场方向垂直于纸面向里,由于磁场分布具有轴对称性,将圆环分成若干段小的直导线,由左手定则可知,各段受到的安培力都指向圆心,根据对称性可知,它们的合力为零,因此环不会摆动,也不会转动,橡皮筋的拉力也不会增大,只是环有收缩的趋势,A、B、C项错误,D项正确。
第九章第1讲1.(2017·全国卷Ⅰ)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反,下列说法正确的是导学号21992613(BC)A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ 3D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1[解析]由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上,L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图1所示,根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2和L3的连线平行,选项A错误;同理,如图2所示,可判断出L3所受磁场(B )作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在的平面垂直,选项B正确;同理,如图3所示,合3设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据几何知识可知,B=B,B合2=B,B合3=3B,由安培力公式可知,L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力合1大小与该处的磁感应强度大小成正比,所以L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3,选项C正确,D错误。
2.(2017·全国卷Ⅱ)(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。
矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。
将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。
为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将导学号21992614(AD)A .左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B .左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C .左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D .左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉[解析] 如果将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,则线圈在安培力作用下转动起来,每转一周安培力驱动一次,可保证线圈不断地转动,A 项正确;如果左、右转轴上下两侧的绝缘漆均刮掉,不能保证线圈持续转动下去,B 项错误;如果仅左转轴的上侧绝缘漆刮掉,右转轴的下侧绝缘漆刮掉,则线圈中不可能有电流,因此线圈不可能转动,C 项错误;如果左转轴上下侧的绝缘漆均刮掉,右转轴仅下侧的绝缘漆刮掉效果与A 项相同,因此D 项正确。
磁场及其对电流的作用
4.(多选)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F1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒,当导体棒中通以方向如图所示的电流后,台秤读数为F2,则以下说法正确的是( )
A.弹簧长度将变长
B.弹簧长度将变短
C.F1>F2
D.F1<F2
【解析】选B、C。
如图甲所示,导体棒处的磁场方向指向右上方,根据左手定则可知,导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方,根据牛顿第三定律,对条形磁铁受力分析,如图乙所示,所以F N1>F N2,即台秤示数F1>F2,在水平方向上,由于F′有向左的分力,磁铁压缩弹簧,所以弹簧长度变短。
磁场及其对电流的作用1.(2019·全国卷Ⅰ)如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接,已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为( )A.2FB.1.5FC.0.5FD.0【解析】选B。
设导体棒MN中的电流为I,则导体棒ML、LN中的电流为,导体棒MN受到的安培力大小F=ILB、方向竖直向上。
ML、LN两导体棒受到安培力的合力大小为LB=0.5F,方向竖直向上。
线框LMN受到的安培力的大小为F+0.5F=1.5F,方向竖直向上。
2.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反。
下列说法正确的是( )A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶∶1【解析】选B、C。
设每根直导线电流在另两根直导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B0,由安培定则知,L2、L3中的电流在L1处产生的磁场的磁感应强度方向如图所示,它们的夹角为120°,合磁感应强度为B1 = B0,方向垂直于L2、L3所在的平面;由安培定则知,L2处的合磁感应强度为B2=B0,方向垂直于L1、L3所在的平面;L1、L2中的电流在L3处产生的磁场的合磁感应强度为B3=B0,方向平行于L1、L2所在的平面。
由左手定则可知,L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面平行,L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直;每根直导线单位长度所受磁场力F=BIL∝B,故L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为F1∶F2∶F3=B1∶B2∶B3=1∶1∶,故B、C选项正确。
第9章第1讲磁场及其对电流的作用课时作业时间:50分钟满分:100分一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分。
其中1~6题为单选,7~10题为多选)1.如图所示,a、b、c、d是圆心为O的圆上的四个点,直径ac、bd相互垂直,两根长直导线垂直圆面分别固定在b、d处,导线中通有大小相等、垂直纸面向外的电流,关于a、O、c三点的磁感应强度,下列说法正确的是()A.都为零B.O点最大C.a、c两点方向相反D.a、c两点方向相同答案 C解析由安培定则可知,b、d两处的通电导线在a点的磁场方向如图所示,由平行四边形定则可知,a点的磁感应强度方向垂直ac向下,同理可知c点的磁感应强度方向垂直ac向上,即a、c两点的磁感应强度方向相反,C正确,A、D 错误;根据磁感应强度的叠加原理可知,O点的磁感应强度大小为零,B错误。
2.如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度。
下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方。
线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态。
若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是()答案 A解析由F=BIL知,线圈在磁场中的有效长度越大,受到的力变化就越大,A中有效长度最长,为MN,故A正确。
3.如图所示,用绝缘细线悬挂一个导线框,导线框是由两同心半圆弧导线和两直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路,导线框中通有图示方向的电流,处于静止状态。
在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P。
当P中通以方向向外的电流时()A.导线框将向左摆动B.导线框将向右摆动C.从上往下看,导线框将顺时针转动D.从上往下看,导线框将逆时针转动答案 D解析由安培定则判断出通电导线P在ab处的磁场向下,在cd处的磁场向上,根据左手定则,知ab受安培力向外,cd受安培力向里,从上往下看,导线框将逆时针转动,故D正确。
4.(2018·海南高考)如图,一绝缘光滑固定斜面处于匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,通有电流I的金属细杆水平静止在斜面上。
第1讲磁场的描述磁场对电流的作用A组基础题组1.(2015课标Ⅱ,18,6分)(多选)指南针是我国古代四大发明之一。
关于指南针,下列说法正确的是( )A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转2.(2014课标Ⅰ,15,6分)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( )A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半3.(2016广西南宁模拟)(多选)如图所示,两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源,电动势为E,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°。
金属杆ab垂直于导轨放置,导轨与金属杆接触良好,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态。
要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是( )A.增大磁感应强度BB.调节滑动变阻器使电流增大C.增大导轨平面与水平面间的夹角θD.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变4.(2015江苏单科,4,3分)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度。
下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方。
线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态。
若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是( )5.(多选)如图所示,在xOy平面内有两根平行于y轴水平放置的长直导线,通有沿y轴正方向、大小相同的电流I,两导线关于y轴对称,P为x轴上一点,Q为z轴上一点,下列说法正确的是( )A.O点处的磁感应强度为零B.P、Q两点处的磁感应强度方向垂直C.P、Q两点处的磁感应强度方向平行D.正电荷从O点沿z轴向上运动不受洛伦兹力作用6.(2015河北石家庄五校联合体摸底)如图所示,长为L的通电直导体棒放在光滑水平绝缘导轨上,劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定,另一端拴在棒的中点,且与棒垂直,整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,弹簧伸长x,棒处于静止状态。
第1讲磁场的描述磁场对电流的作用A组基础过关1.(多选)指南针是我国古代四大发明之一。
关于指南针,下列说法正确的是( )A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转答案BC 任何磁体均具有两个磁极,故A错。
指南针之所以能指向南北,是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用,这说明地球具有磁场,故B正确。
放在指南针附近的铁块被磁化后,反过来会影响指南针的指向,故C正确。
在指南针正上方附近沿指针方向放置的通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用,会使指南针发生偏转,故D错。
2.下列关于磁感应强度的说法中正确的是( )A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B.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C.通电导线在磁感应强度大的地方受磁场力一定大D.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答案 B 磁场中某处磁感应强度的方向就是小磁针在此处时N极所受磁场力的方向或是小磁针静止时N 极的指向,与通电导体放在该处所受磁场力的方向不同,A错,B对。
通电导线在磁场中的受力大小与磁感应强度大小和它与磁场的相对位置都有关系,C错。
一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,可能是由于该处的磁感应强度为零,也可能是由于导线平行磁场方向放置,D错。
3.(2019湖北孝感质检)磁场中某区域的磁感线如图所示,则( )A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,B a>B bB.a、b两处的磁感应强度的大小不等,B a<B bC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小答案 B 因在磁场中,磁感线的疏密程度反映磁场的强弱,故B a<B b,选项A错误,B正确;同一通电导线,如果垂直放入磁场中,则在a处受力一定比在b处受力小,但如果通电导线与磁场不垂直放置,受力情况无法判断,故C、D均错误。
第1讲磁场、磁场对电流的作用知识巩固练1.(2023年佛山模拟)如图(俯视图),在竖直向下、磁感应强度大小为2 T的匀强磁场中,有一根长0.4 m的金属棒ABC从中点B处折成60°角静置于光滑水平面上,当给棒通以由A 到C、大小为5 A的电流时,该棒所受安培力为()A.方向水平向右,大小为4.0 NB.方向水平向左,大小为4.0 NC.方向水平向右,大小为2.0 ND.方向水平向左,大小为2.0 N【答案】D【解析】金属棒的有效长度为AC,根据几何知识得L=0.2 m,根据安培力公式得F=BIL=2×5×0.2=2 N,根据左手定则可判定安培力水平向左,故A、B、C错误,D正确.2.(2023年北京昌平二模)如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度.它的右臂挂有一个矩形线圈,匝数为N,底边长为L,下部悬在匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.当线圈中通有电流I时,调节砝码使两臂达到平衡;然后使电流反向、大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使两臂达到新的平衡.所测磁场的磁感强度B的大小为()A.mg2NIL B.2mgNILC.NIL2mgD.2NILmg【答案】A【解析】根据平衡条件有mg=2NBIL,解得B=mg2NIL,A正确.3.(2022年华师附中测试)(多选)在匀强磁场中放入一条通电短导线,并将它固定.然后改变导线中通入的电流,画出该导线所受安培力的大小F与通过导线电流I的关系图像,其中图A为曲线.M、N各代表一组F、I的数据.则在下列四幅图中,你认为可能正确的是()A BC D【答案】BD【解析】在匀强磁场中,通电导线受到的安培力为F=BIL sin θ,当电流方向与磁场方向平行时,安培力为0.当电流方向与磁场方向不平行时,在匀强磁场中,安培力与电流大小成正比,F-I图像为过原点的直线.故B、D正确.4.如图所示,水平导轨接有电源,导轨上固定有三根用同种材料制作的导体棒a、b、c,其中b最短,c为直径与b等长的半圆,导体的电阻与其长度成正比,导轨电阻不计.现将装置置于向下的匀强磁场中,接通电源后,三根导体棒中均有电流通过,则它们受到安培力的大小关系为() A.F a>F b=F c B.F a=F b>F cC.F a=F b=F cD.F a>F b>F c【答案】B【解析】导体棒a、b、c的有效长度相等,但c的电阻大于a、b,所以通过c 的电流小于a、b.由F=BIL,可知B正确,A、C、D错误.5.如图所示,在匀强磁场中,有一个正六边形线框.现给线框通电,正六边形线框中依次相邻的四条边受到的安培力的合力大小是F,则正六边形线框的每条边受到的安培力的大小为()F B.F C.√3F D.2FA.√33【答案】A【解析】根据左手定则,依次相邻的四条边中相对的两条边受的安培力等大反向合力为零,中间相邻的两条边受安培力方向夹角为60°,每边受安培力设为F1,则2F1cos F,A正确.30°=F,可得F1=√33综合提升练6.(2023年朝阳模拟)如图甲所示,在匀强磁场中,质量为m、长为L的导体棒用两根等长绝缘细线悬挂于同一水平线上的O、O'两点,两细线均与导体棒垂直.图乙中直角坐标系的x 轴与导体棒及OO'平行,z轴竖直向上.若导体棒中通以沿x轴正方向、大小为I的电流,导体棒静止时细线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度可能()A.沿x轴正方向,大小为mgILB.沿y轴正方向,大小为mgcos θILC.沿z轴正方向,大小为mgtan θILD.沿细线向下,大小为mgsin θIL【答案】D【解析】若磁感应强度沿x轴正方向,与电流方向同向,导体棒不受安培力.导体棒不可能在图示位置保持静止,A错误;若磁感应强度沿y轴正方向,由左手定则,导体棒受安培力竖直向上,导体棒不可能在图示位置保持静止,B错误;沿z轴正方向,由左手定则,导体棒受安培力水平向左,导体棒不可能在图示位置保持静止,C错误;沿细线向下,大小为mgsin θ,安培力大小F安=mg sin θ,方向与细线垂直斜向右上方.安培力与细线的拉力IL的合力恰好与重力平衡.且导体棒静止时细线与竖直方向夹角为θ,D正确.7.(多选)如图所示,两平行导轨ab,cd竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上,将一根金属棒PQ放在导轨上使其水平且始终与导轨保持良好接触.现在金属棒PQ中通以变化的电流I,同时释放金属棒PQ使其运动.已知电流I随时间t变化的关系式为I=kt(k为常数,k>0),金属棒与导轨间存在摩擦.则下面关于棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图像中,可能正确的有()A B C D,F f=μF N=μF安【答案】AD【解析】根据牛顿第二定律,得金属棒的加速度a=mg-F fm=μBIL=μBLkt,联立解得加速度a=g-μBLkt,与时间呈线性关系,且t=0时,a=g,故A正确,mB错误;因为开始加速度方向向下,与速度方向相同,做加速运动,加速度逐渐减小,即做加速度逐渐减小的加速运动,然后加速度方向向上且逐渐增大,做加速度逐渐增大的减速运动,故C错误,D正确.8.(2023年大同模拟)(多选)如图所示,正三角形的三个顶点a、b、c处,各有一条垂直于纸面的长直导线.a、c处导线的电流大小相等,方向垂直纸面向外,b处导线电流是a、c处导线电流的2倍,方向垂直纸面向里.已知长直导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与电流成正比、与该点到导线的距离成反比.关于b、c处导线所受的安培力,下列表述正确的是()A.方向相反B.方向夹角为60°C.大小的比值为√3D.大小的比值为2【答案】AD【解析】如图所示,结合几何关系知b、c处导线所受安培力方向均在平行纸面方向,方向相反,A正确,B错误;设导线长度为L,导线a在b处的磁感应强度大小为B,结合几何关系知b处磁感应强度为B合=√3B,b导线受安培力为F安=B合(2I)L=2√3BIL,c处磁感应强度为B'合=√3B,c导线受安培力为F'安=B'合IL=√3BIL,联立解得F 安F'安=2,C错误,D 正确.9.如图所示,在磁感应强度B=1 T,方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab.已知接在滑轨中的电源电动势E=12 V,内阻不计.ab杆长L=0.5 m,质量m=0.2 kg,杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab 杆的电阻忽略不计.要使ab杆在滑轨上保持静止,求滑动变阻器R的阻值的变化范围(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留1位有效数字).解:分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示.甲乙当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示.由平衡条件,得沿滑轨方向mg sin θ=μF N1+F安1cos θ,垂直滑轨方向F N1=mg cos θ+F安1sin θ,L,解得R1≈5 Ω.而F安1=B ER1当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示.由平衡条件,得沿斜面方向mg sin θ+μF N2=F安2cos θ,垂直斜面方向F N2=mg cos θ+F安2sin θ,L,解得R2≈3 Ω.而F安2=B ER2要使ab杆保持静止,R的取值范围是3 Ω≤R≤5 Ω.。
[学生用书P361(单独成册)](建议用时:40分钟)一、单项选择题1.(2020·江西十校模拟)1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.在奥斯特实验中,将直导线沿南北方向水平放置,小磁针靠近直导线,下列结论正确的是() A.把小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针会转动B.把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针不会转动C.把小磁针平行地放在导线的下方,给导线通以恒定电流,然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离,小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小D.把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方,通电后,黄铜针会转动解析:选C.将小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针不会转动,A错;把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针仍然会转动,B错;把小磁针放在导线下方,给导线通以恒定电流,导线周围存在磁场,距导线越远,磁场越弱,小磁针转动的角度(与通电前相比)越小,C对;黄铜针没有磁性,不会转动,D错.2.如图所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图.当圆盘高速绕中心轴OO′转动时,通电直导线所受磁场力的方向是()A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外解析:选C.从上向下看,由于带负电的圆盘顺时针方向旋转,形成的等效电流为逆时针方向,由安培定则判定所产生的磁场方向竖直向上.由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里,故C正确.3.一通电直导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上,静止在水平位置(如正面图).现在通电导体棒所处位置加上匀强磁场,使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置.如果所加磁场的强弱不同,则磁场方向的范围是(以下选项中各图均是在侧面图的平面内画出的,磁感应强度的大小未按比例画)()解析:选C.要使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置,则安培力的范围是由竖直向上顺时针转到沿细线向下,可以竖直向上,但不能沿细线向下.再由左手定则可知磁感应强度的方向是由水平向右顺时针转到垂直于细线向下,但不能沿垂直于细线向下.所以C图正确.4.(2020·江西临川高三三校联考)如图所示,三根通电长直导线P、Q、R均垂直纸面放置,ab为直导线P、Q连线的中垂线,P、Q中电流的大小相等、方向均垂直纸面向里,R 中电流的方向垂直纸面向外,则R受到的磁场力可能是()A.F1B.F2C.F3D.F4解析:选C.由于三根直导线平行,根据安培定则和左手定则可知R受到P、Q的磁场力方向分别沿PR、QR连线,表现为斥力.P、Q中电流的大小相等,R离P距离较近,P 在R处产生的磁感应强度较大,P对R的磁场力较大,结合平行四边形定则可知,R受到P、Q的磁场力的合力可能是F3,C正确,A、B、D错误.5.如图所示,蹄形磁铁用悬线悬于O点,在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线,当导线中通以由左向右的电流时,蹄形磁铁的运动情况将是() A.静止不动B.向纸外平动C.N极向纸外,S极向纸内转动D.N极向纸内,S极向纸外转动解析:选C.采取转换研究对象法判断.在图示位置,导线左端受磁场力垂直纸面向里,右端受磁场力垂直纸面向外,由牛顿第三定律可知,蹄形磁铁N极受力垂直纸面向外,S 极向里,故C正确.6.如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面.当线圈内通以图中方向的电流后,线圈的运动情况是()A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动解析:选A.法一:电流元法.首先将圆形线圈分成很多小段,每一段可看做一直线电流元,取其中上、下两小段分析,其截面图和受安培力情况如图甲所示.根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动.只有A正确.法二:等效法.将环形电流等效成小磁针,如图乙所示,根据异名磁极相吸引知,线圈将向左运动,A 正确.也可将左侧条形磁铁等效成环形电流,根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥”,也可判断出线圈向左运动.7.一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流,则导线ab受磁场力后的运动情况为()A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管解析:选D.先由安培定则判断出通电螺线管的N、S极,找出导线左、右两端磁感应强度的方向,并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向,如图甲所示.可以判断导线受磁场力后从上向下看逆时针方向转动.再分析此时导线位置的磁场方向,再次用左手定则判断导线受磁场力的方向,如图乙所示,导线还要靠近螺线管,所以D正确,A、B、C错误.8.如图所示,两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为l,与电动势为E、内阻不计的电源相连,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,回路平面与水平面的夹角为θ,回路其余电阻不计.为使ab棒静止,需在空间施加一匀强磁场,其磁感应强度的最小值及方向分别为()A.mgR El ,水平向右B.mgR cos θEl ,垂直于回路平面向上C.mgR tan θEl,竖直向下 D.mgR sin θEl,垂直于回路平面向下解析:选D.以导体棒为研究对象,受力分析如图所示,由金属棒ab受力分析可知,为使ab 棒静止,ab 受到沿斜面向上的安培力作用时,安培力最小,此时对应的磁感应强度也就最小,由左手定则可知此时磁场方向垂直于回路平面向下,再由平衡关系可知IlB =mg sin θ,其中I =E R,可得磁感应强度B =mgR sin θEl,故D 正确. 9.如图所示,光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O 点为外侧圆弧的圆心.两金属轨道之间的宽度为0.5 m ,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5 T .质量为0.05 kg 、长为0.5 m 的金属细杆置于金属轨道上的M 点.当在金属细杆内通以2 A 的恒定电流时,金属细杆可以沿轨道由静止开始向右运动.已知MN =OP =1 m ,则(g 取10 m/s 2)( )A .金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s 2B .金属细杆运动到P 点时的速度大小为5 m/sC .金属细杆运动到P 点时的向心加速度大小为10 m/s 2D .金属细杆运动到P 点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75 N解析:选D.金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小F 安=BIL =0.5×2×0.5 N=0.5 N ,金属细杆开始运动时的加速度大小为a =F 安m=10 m/s 2,A 错误;金属细杆从M 点到P 点的运动过程,安培力做功W 安=F 安·(MN +OP )=1 J ,重力做功W G =-mg ·ON =-0.5 J ,由动能定理得W 安+W G =12m v 2,解得金属细杆运动到P 点时的速度大小为v =20 m/s ,B 错误;金属细杆运动到P 点时的向心加速度大小为a ′=v 2r=20 m/s 2,C 错误;在P 点金属细杆受到轨道水平向左的作用力F 、水平向右的安培力F 安,由牛顿第二定律得F -F 安=m v 2r ,解得F =1.5 N ,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75 N ,由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P 点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N ,D 正确.二、多项选择题10.如图所示,在通电螺线管内部的小磁针静止时N极指向右端,则下列说法中正确的是()A.根据异名磁极相吸引,B端为螺线管的S极B.螺线管的B端为N极,A端为S极C.通电螺线管内部的磁场方向向右D.电源D端为正极,C端为负极解析:选BC.通电螺线管内部的小磁针静止时N极指向右端,说明通电螺线管内部磁场方向指向右方,B端为螺线管的N极,A错误;同理B、C正确;由安培定则有用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,由此可知,电源C端为正极,D错误.11.(2019·高考江苏卷)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流强度相等.矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止.则a、b的电流方向可能是()A.均向左B.均向右C.a的向左,b的向右D.a的向右,b的向左解析:选CD.若a、b的电流方向均向左,根据安培定则和磁场叠加可知,a直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向外,而b直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向里,再根据左手定则可知,矩形线框受到的安培力的合力不为零,与题中线框在磁场作用下静止不符;同理,若a、b的电流方向均向右,可知矩形线框受到的安培力的合力不为零,与题中线框在磁场作用下静止也不符,A、B均错误;若a的电流方向向左、b的电流方向向右,根据安培定则和磁场的叠加可知,a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向外,根据左手定则可知,矩形线框受到的安培力的合力为零,与题中线框在磁场作用下静止相符;同理,若a的电流方向向右、b的电流方向向左,根据安培定则和磁场的叠加可知,a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向里,根据左手定则可知,矩形线框受到的安培力的合力为零,与题中线框在磁场作用下静止相符,C、D均正确.12.电磁轨道炮工作原理如图所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比,通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是()A .只将轨道长度L 变为原来的2倍B .只将电流I 增加至原来的2倍C .只将弹体质量减至原来的一半D .将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L 变为原来的2倍,其他量不变解析:选BD.由题意可知磁感应强度B =kI ,安培力F 安=BId =kI 2d ,由动能定理可得:F 安L =m v 22,解得v =I 2kdL m,由此式可判断B 、D 正确. 13.(2020·广东肇庆模拟)如图甲所示,电流恒定的通电直导线MN ,垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上,电流方向由M 指向N ,在两轨间存在着竖直磁场,取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,当t =0时导线恰好静止,若B 按如图乙所示的余弦规律变化,下列说法正确的是( )A .在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动B .在最初的一个周期内,导线一直向左运动C .在最初的半个周期内,导线的加速度先增大后减小D .在最初的半个周期内,导线的速度先增大后减小解析:选AD.当t =0时,由左手定则可知,MN 受到向右的作用力,根据F 安=BLI ,由于B 最大,故此时的安培力最大,则MN 的加速度最大,随着时间的延长,磁感应强度B 减小,故加速度减小,而MN 的速度在增大,当B =0时,加速度为0,速度最大,当B 反向时,安培力也会反向,则加速度也反向,MN 做减速运动,到半个周期时,MN 减速到0,此时的加速度反向最大,然后MN 再反向运动,到一个周期时MN 又回到原出发的位置,故在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动,A 正确,B 错误;在最初的半个周期内,导线的加速度先减小后增大,而其速度则是先增大后减小,故C 错误,D 正确.三、非选择题14.如图所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为l ,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源.将一根质量为m 的直导体棒ab 放在两轨道上,且与两轨道垂直.已知通过导体棒的恒定电流大小为I ,方向由a 到b ,重力加速度为g ,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止.(1)求磁场对导体棒的安培力的大小;(2)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B 的最小值和方向.解析:(1)导体棒受力如图所示,根据共点力平衡条件可知,磁场对导体棒的安培力的大小F 安=mg tan α.(2)要使磁感应强度最小,则要求安培力最小.根据受力情况可知,最小安培力F 安min=mg sin α,方向平行于轨道斜向上所以最小磁感应强度B min =F 安min Il =mg sin αIl 根据左手定则可判断出,此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上.答案:(1)mg tan α (2)mg sin αIl垂直轨道平面斜向上。
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第1讲磁场的描述磁场对电流的作用[课时作业]单独成册方便使用[基础题组]一、单项选择题1.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( ) A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半解析:根据左手定则可知:安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面,即安培力的方向既垂直于B又垂直于I,选项A错误,B正确;当电流I的方向平行于磁场B的方向时,直导线受到的安培力为零,当电流I的方向垂直于磁场B的方向时,直导线受到的安培力最大,可见,安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关,选项C错误;如图所示,电流I和磁场B垂直,直导线受到的安培力F=BIL,将直导线从中点折成直角,分段研究导线受到的安培力,电流I和磁场B垂直,根据平行四边形定则可得,导线受到的安培力的合力为F′=错误!BIL,选项D错误.答案:B2.(2017·高考上海卷)如图,一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间.电键闭合后导体棒受到的安培力方向()A.向上B.向下C.向左D.向右解析:根据图中的电流方向,由安培定则知U形铁芯下端为N极,上端为S 极,ab中的电流方向由a→b,由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右,选项D正确.答案:D3.(2018·湖南师大附中月考)如图所示,两根平行放置、长度均为L的直导线a和b,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中.当a导线通有电流大小为I、b导线通有电流大小为2I,且电流方向相反时,a导线受到的磁场力大小为F1,b导线受到的磁场力大小为F2,则a通电导线的电流在b导线处产生的磁感应强度大小为()A.错误!B。
第1讲磁场及其对电流的作用板块三限时规范特训时间:45分钟100分一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。
其中1~6为单选,7~10为多选)1. [2018·陕西宝鸡一模]如图所示,垂直纸面放置的两根平行长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2,纸面内的一点H到两根导线的距离相等,则该点的磁感应强度方向可能为图中的( )A.B1 B.B2 C.B3 D.B4答案 C解析根据右手螺旋定则得出两电流在H点的磁场方向如图所示,根据平行四边形定则可判定H点的合磁感应强度方向可能为B3方向,C正确。
2.[2018·郑州质量预测]目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。
高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点。
已知某段直流输电线长度l=200 m,通有从西向东I=4000 A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5 T,磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin5°≈0.1)。
则该段导线所受安培力的大小和方向为( )A.40 N,向北与水平面成85°角斜向上方B.4 N,向北与水平面成85°角斜向上方C.4 N,向南与水平面成5°角斜向下方D.40 N,向南与水平面成5°角斜向下方答案 A解析地磁场方向与电流方向垂直,由安培力F=BIl=40 N,B、C项错误;由左手定则可知,电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方,A项正确,D项错误。
3. [2017·郑州模拟]一条形磁铁放在光滑的斜面上,并用一质量不计的弹簧连接在顶端的挡板上,磁铁静止时弹簧的伸长量为x0,将通有方向垂直纸面向外的直导线分别放在a、b、c位置时,弹簧的伸长量分别为x a、x b、x c,已知a、b、c三点的连线与斜面平行,且b点在条形磁铁的正中央。
配餐作业磁场及其对电流的作用►►见学生用书P357A组·基础巩固题1.指南针是我国古代四大发明之一。
当指南针上方有一条水平放置的通电导线时,其N极指向变为如图实线小磁针所示。
则对该导线电流的以下判断正确的是()A.可能东西放置,通有由东向西的电流B.可能东西放置,通有由西向东的电流C.可能南北放置,通有由北向南的电流D.可能南北放置,通有由南向北的电流解析若导线东西放置,通有由东向西的电流,根据安培定则可知,小磁针所在处合磁场方向将在南北方向上,其不会出现图示情况,故A项错误;若导线东西放置,通有由西向东的电流,根据安培定则可知,小磁针N极不偏转,故B项错误;若导线南北放置,通有由北向南的电流时,根据安培定则可知,小磁针N极将顺时针偏转,可转向图中实线所示位置,故C项正确;若导线南北放置,通有由南向北的电流,根据安培定则可知,小磁针N极将逆时针偏转,指向西北方,故D项错误。
答案C2.(2018·资阳月考)(多选)如图所示,一根重力G=0.1 N、长L=1 m的质量分布均匀的导体ab,在其中点弯成θ=60°角,将此导体放入匀强磁场中,导体两端a、b悬挂于两相同的弹簧下端,弹簧均为竖直状态,当导体中通过I =1 A 的电流时,两根弹簧比原长各缩短了Δx =0.01 m ,已知匀强磁场的方向垂直纸面向外,磁感应强度的大小B =0.4 T ,则( )A .导体中电流的方向为b →aB .每根弹簧的弹力大小为0.10 NC .弹簧的劲度系数k =5 N/mD .若导体中不通电流,则弹簧伸长0.02 m解析 当导体中通过I =1 A 的电流时,两根弹簧比原长缩短,安培力方向向上,由左手定则,导体中电流的方向为b →a ,故A 项正确;通电后,导体棒的有效长度L 有=L 2=0.5 m ,受到的安培力F A =IL 有B =1×0.5×0.4 N =0.2 N ,据受力分析G +2F =F A ,解得F =0.05 N ,每根弹簧的弹力大小为0.05 N ,故B 项错误;据F =k Δx 解得k =5 N/m ,故C 项正确;若导体中不通电流,则G =2F 2,F 2=k Δx 2解得Δx 2=0.01 m ,弹簧伸长0.01 m ,故D 项错误。
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磁场的描述磁场对电流的作用一、单项选择题1.为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是()解析地磁场从地理的南极附近出来,进入地理的北极附近,除两极外,地表上空的磁场都具有向北的磁场分量。
根据安培定则,环形电流外部磁场方向向北可知,B正确.A图在地表上空产生的磁场方向向南,故A错误。
C、D两图在地表上空产生的磁场方向沿东西方向,故C、D 错误.答案B2如图所示,在直角三角形ABC的A点和B点分别固定一垂直纸面向外和向里的无限长通电直导线,其电流强度分别为I A和I B,∠A=30°,通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度B=k,k为比例系数,r为该点到导线的距离,I为导线的电流强度。
当一电子在C点的速度方向垂直纸面向外时,所受洛伦兹力方向垂直BC向下,则两直导线的电流强度I B与I A之比为()A.B。
C. D.〚导学号17420313〛解析由左手定则可知C点处磁场的磁感应强度B合的方向平行BC向右,设A处导线和B处导线在C处形成的磁场的磁感应强度大小分别为B A和B B,方向分别与AC和BC垂直,如图所示,可知=sin 30°=,又,计算可得,D正确。
第1讲磁场及其对电流的作用主干梳理对点激活知识点磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有□01力的作用。
(2)方向:小磁针静止时□02N极所指的方向或小磁针□03N极的受力方向。
2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的□04强弱和方向。
(2)大小:B=□05FIL(通电导线垂直于磁场)。
(3)方向:小磁针静止时□06N极的指向。
(即磁场方向就是B的方向)(4)B是□07矢量,合成时遵循□08平行四边形定则。
单位:□09特斯拉,符号□10T。
(5)电流元:物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元。
3.磁感线及其特点(1)磁感线:为了形象地描述磁场,在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的□11切线方向跟该点的磁感应强度方向一致。
(2)特点①磁感线上某点的□12切线方向就是该点的磁场方向。
②磁感线的□13疏密定性地表示磁场的强弱。
③磁感线是□14闭合曲线,没有起点和终点。
④同一磁场的磁感线□15不中断、□16不相交。
⑤磁感线是假想的曲线,客观上□17不存在。
知识点电流的磁场及几种常见的磁场Ⅰ1.电流的磁场(1)奥斯特实验:奥斯特实验发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首次揭示了□01电和磁的联系。
(2)安培定则①通电直导线:右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与□02电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是□03磁感线环绕的方向。
②环形电流:让右手弯曲的四指与环形电流方向一致,伸直的□04拇指所指的方向是环形电流中心轴线上磁感线的方向。
③通电螺线管:让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,伸直的□05拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向。
(3)安培的分子电流假说安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种□06环形电流——分子电流。
分07磁体的两极。
子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于□2.几种常见的磁场(1)常见磁体的磁场(2)电流的磁场(3)匀强磁场:磁感应强度的大小处处□11相等,方向处处□12相同的磁场。
板块三限时规范特训时间:45分钟100分一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。
其中1~6为单选,7~10为多选)1. [2018·陕西宝鸡一模]如图所示,垂直纸面放置的两根平行长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2,纸面内的一点H到两根导线的距离相等,则该点的磁感应强度方向可能为图中的( )A.B1 B.B2 C.B3 D.B4答案 C解析根据右手螺旋定则得出两电流在H点的磁场方向如图所示,根据平行四边形定则可判定H点的合磁感应强度方向可能为B3方向,C正确。
2.[2018·郑州质量预测]目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。
高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点。
已知某段直流输电线长度l=200 m,通有从西向东I=4000 A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5 T,磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin5°≈0.1)。
则该段导线所受安培力的大小和方向为( )A.40 N,向北与水平面成85°角斜向上方B.4 N,向北与水平面成85°角斜向上方C.4 N,向南与水平面成5°角斜向下方D.40 N,向南与水平面成5°角斜向下方答案 A解析地磁场方向与电流方向垂直,由安培力F=BIl=40 N,B、C项错误;由左手定则可知,电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方,A项正确,D项错误。
3. [2017·郑州模拟]一条形磁铁放在光滑的斜面上,并用一质量不计的弹簧连接在顶端的挡板上,磁铁静止时弹簧的伸长量为x0,将通有方向垂直纸面向外的直导线分别放在a、b、c位置时,弹簧的伸长量分别为x a、x b、x c,已知a、b、c三点的连线与斜面平行,且b点在条形磁铁的正中央。
则下列正确的是( )A.x0=x a=x b=x c B.x0>x a>x b>x cC.x a>x0=x b>x c D.x a>x b>x c>x0答案 C解析由于在磁铁外部,条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极,所以可画出磁铁在a处的一条磁感线,其方向是斜向左下方的,如图所示,由左手定则可判断导线在a点受斜向右下方的安培力F a,由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力F a′的方向是斜向左上方,F a′有沿斜面向下的分力,该分力使得弹簧弹力增大,所以弹簧的伸长量增大;同理可知,导线在b点时弹簧的伸长量不变,导线在c点时弹簧的伸长量减小,则x a>x0=x b>x c,C正确。
4.[2016·河北唐山调研]如图所示,两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨宽度为L,一端与电源连接。
一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ=33,在安培力的作用下,金属棒以v0的速度向右匀速运动,通过改变磁感应强度的方向,可使流过导体棒的电流最小,此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为( )A.37° B.30° C.45° D.60°答案 B解析本题考查通电导体棒在磁场中的平衡问题。
由题意对棒受力分析,设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角,则有BILcosθ=μ(mg-BILsinθ),整理得BIL=μmgcosθ+μsinθ,电流最小时,安培力最小,由数学知识解得:θ=30°,B正确。
5.[2014·全国卷Ⅰ]关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( ) A.安培力的方向可以不垂直于直导线 B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半 答案 B解析 安培力的方向、磁感应强度的方向及电流的方向遵循左手定则,所以安培力的方向既垂直于直导线,也垂直于磁场的方向,B 正确,A 错误;当通电直导线与磁场方向垂直时,安培力最大F =BIl ,当通电直导线与磁场方向平行时,安培力最小为零,C 错误;由于通电直导线与磁场方向夹角不确定,将直导线从中点折成直角,直导线在磁场中的有效长度不一定变为原来的12,安培力的大小不一定变为原来的一半,D 错误。
6. [2017·山东临汾市二模]如图所示,无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I ,导线正上方沿竖直方向有一用绝缘细线悬挂着的正方形线框。
线框中通有沿逆时针方向的恒定电流I ,线框的边长为L ,线框下边与直导线平行,且到直导线的距离也为L 。
已知在长直导线的磁场中距长直导线r 处的磁感应强度大小为B =k Ir (k为常量),线框的质量为m ,则剪断细线的瞬间,线框的加速度为( )A.0B.kI2m+g C.kI2m -g D.kI22m+g 答案 D解析 线框下边受到的安培力的大小为F 1=k I L ·IL=kI 2,方向向下。
线框上边受到的安培力大小F 2=kI 2L ·IL=12kI 2,方向向上。
根据牛顿第二定律可得,F 1+mg -F 2=ma ,解得:a =kI22m+g ,D 正确。
7. 有两根长直导线a 、b 互相平行放置,如图所示为垂直于导线的截面图。
在如图所示的平面内,O 点为两根导线连线的中点,M 、N 为两导线连线的中垂线上两点,与O 点的距离相等,aM 与MN 的夹角为θ。
若两导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流I ,单根导线中的电流在M 处产生的磁感应强度大小为B 0,则关于线段MN上各点的磁感应强度,下列说法中正确的是( )A.M点和N点的磁感应强度方向一定相同B.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0cosθC.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0sinθD.在线段MN上有磁感应强度为零的点答案AC解析作出两根导线在M、N两处产生的磁感应强度的图示,并根据平行四边形定则求出合磁感应强度,M、N两处磁感应强度相同,大小为B=2B0sinθ,选项A正确、B错误,选项C正确;线段MN上各点磁感应强度方向均水平向右且不为零,选项D错误。
8.质量为m的金属细杆置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,杆与导轨间的动摩擦因数为μ,有电流通过杆,杆恰好静止于导轨上,在如图所示的A、B、C、D四个图中,杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是( )答案CD解析选项A中,通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态,如图甲所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。
当安培力变大或变小时,细杆有上滑或下滑的趋势,于是有静摩擦力产生。
选项B中,通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态,如图乙所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。
当安培力减小时,细杆还受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力,也可能处于静止状态。
选项C和D中,通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势,故一定受到沿导轨向上的静摩擦力,如图丙、丁所示,所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零。
故正确答案为C、D。
9.如图甲所示,电流恒定的通电直导线MN ,垂直平放在两条相互平行且足够长的水平光滑导轨上,电流方向由M 指向N ,在两导轨间存在着竖直磁场,取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,当t =0时导线恰好静止,若磁感应强度B 按如图乙所示的规律变化,则下列说法正确的是( )A .在最初的一个周期内,导线在导轨上做往复运动 B.在最初的一个周期内,导线一直向左运动 C.导线一直做加速度不变的匀加速直线运动 D.在最初的半个周期内,导线的速度先增大后减小 答案 AD解析 由安培力的表达式F =BIL 结合题图乙可知,安培力F 在一个周期内随磁感应强度B 的变化而变化,在前14周期内,安培力F 大小方向均不变,加速度大小方向均不变,由于初速度为零,所以导线在水平方向上向右做匀加速直线运动;在14周期到12周期内,磁场方向改变,安培力方向改变,加速度方向改变,速度减小,至12周期时速度减小到零,所以D 项正确;而后在12周期到34周期内,导线MN 反向加速,在一个周期结束时又回到原来的位置,即做往复运动,所以A 项正确,B 、C 错误。
10.光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S 与内阻不计、电动势为E 的电源相连,右端与半径为L =20 cm 的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m =60 g 、电阻R =1 Ω、长为L 的导体棒ab ,用长也为L 的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B =0.5 T ,当闭合开关S 后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ=53°角,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态,导轨电阻不计,sin53°=0.8,g =10 m/s 2,则 ( )A.磁场方向一定竖直向下B.电源电动势E=3.0 VC.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3 ND.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048 J答案AB解析导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直向下,A对;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知BIL·Lsinθ-mgL(1-cosθ)=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3 A,由E=IR得电源电动势E=3.0 V,B对;由F=BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F=0.3 N,C错;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和,即W=Q+ΔE,而ΔE=mgL(1-cosθ)=0.048 J,D错。
二、非选择题(本题共2小题,共40分)11.(20分)如图所示,在磁感应强度B=1.0 T,方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab。
已知接在滑轨中的电源电动势E=12 V,内阻不计。
ab杆长L=0.5 m,质量m=0.2 kg,杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计。
求:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?(g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留一位有效数字)答案 3 Ω≤R≤5 Ω解析分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示。
当ab 杆恰好不下滑时,如图甲所示。
由平衡条件得 沿斜面方向mgsin θ=μF N1+F 安1cos θ 垂直斜面方向F N1=mgcos θ+F 安1sin θ 而F 安1=B ER 1L ,解得R 1=5 Ω。