高二【磁场的描述及磁场对电流的作用】练习题(带解析)
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高二物理磁场对电流的作用试题答案及解析1.如图所示,直导线处于足够大的匀强磁场中,与磁感线成θ=30°角,导线中通过的电流为I,为了增大导线所受的安培力,可采取下列四种办法,其中不正确的是( )A.增大电流IB.增加直导线的长度C.使导线在纸面内顺时针转30°D.使导线在纸面内逆时针转60°【答案】C【解析】为了增大导线所受的磁场力,由可得:增大电流,增大直导线长度都可以增大安培力,AB不符合题意;使导线在纸面内顺时针转30°则导线方向和磁场方向平行,安培力为零,减小,C符合题意;使导线在纸面内逆时针转60°则,安培力增大,故不符合题意,故选C【考点】考查了安培力的计算2.如图所示,条形磁铁放在桌面上,一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,导线保持与磁铁垂直,导线的通电方向如图所示.则这个过程中磁铁受到的摩擦力(磁铁保持静止) ( ) A.为零B.方向由左变为向右C.方向保持不变D.方向由右变为向左【答案】B【解析】首先磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极,是曲线,直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,电流的受力由左上方变为正上方再变为右上方,根据牛顿第三定律磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方,磁铁静止不动,所以所受摩擦力方向由向左变为向右。
B正确。
【考点】考查了磁场对电流的作用3.下图中分别标明了通电直导线中电流I、匀强磁场的磁感应强度B和电流所受安培力F的方向,其中正确的是()【答案】A【解析】根据左手定则让B垂直穿过手心,四指指向电流的方向,拇指指向安培力的方向,可以判断A选项正确;B图通电导线不受力,故B错误;C图F方向竖直向下,故C错误;D图F方向应垂直直面向外,所以D错误。
【考点】本题考查安培力方向的判断、左手定则的使用。
4.在同一光滑斜面上放同一导体绑棒,右图所示是两种情况的剖面图。
它们所外空间有磁感强度大小相等的匀强磁场,但方向不同,一次垂直斜面向上,另一次竖直向上,两次导体A分别通有电流I1和I2,都处于静止平衡。
高二物理探究磁场对电流的作用试题1.通电螺线管内有一在磁场力作用下面处于静止的小磁针,磁针指向如图所示,则 [ ]A.螺线管的P端为N极,a接电源的正极B.螺线管的P端为N极,a接电源的负极C.螺线管的P端为S极,a接电源的正极D.螺线管的P端为S极,a接电源的负极【答案】 B【解析】通电螺线管内部磁场方向是由S极指向N极,所以螺线管的Q端为S极,P端为N极,根据安培定则可判断出a接电源的负极,B正确,思路分析:根据通电螺线管内部磁场方向是由S极指向N极,以及安培定则分析试题点评:本题考查了磁体内部磁场方向以及安培定则的应用,2.如图所示,载有恒定电流的闭合弹簧线圈环套在条形磁铁的中心位置,则 [ ]A.环受沿半径向外的安培力, 磁铁的磁场穿过环内的磁通量有增大倾向B.环受沿半径向外的安培力, 磁铁的磁场穿过环内的磁通量有减小倾向C.环受沿半径向内的安培力, 磁铁的磁场穿过环内的磁通量有增大倾向D.环受沿半径向内的安培力, 磁铁的磁场穿过环内的磁通量有减小倾向【答案】C【解析】根据左手定则可知,环受到沿半径向内的安培力,即环有收缩的趋势,但是穿过环的磁通量分为磁铁内部的磁感线和磁铁外部的磁感线,当环的面积越大,外部的磁感线穿过的就越多,所以穿过环的总的磁通量就越小,所以磁铁的磁场穿过环内的磁通量有增大倾向,C正确,思路分析:根据左手定则可知,环受到沿半径向内的安培力,即环有收缩的趋势,通过环的磁通量分为两部分,磁铁内部的磁感线和磁铁外部的磁感线,磁铁内部的磁感线通过环是恒定的,环的面积越大,磁铁外部的磁感线穿过的就越多,总的磁通量就越小试题点评:本题考查了对磁通量的计算,是一道典型的易错题目,关键是理解通过环的磁通量分为两部分,磁铁内部的磁感线和磁铁外部的磁感线,3.如图所示,一个闭合线圈套在条形磁铁靠近N极这一端,当在线圈中通以图示方向的电流I时,则 [ ]A.线圈圆面将有被拉大的倾向B.线圈圆面将有被压小的倾向C.线圈将向上平移D.线圈将向S极一端平移【答案】A【解析】磁铁产生的外部磁场在经过线圈时是水平向右的,所以根据左手定则可得线圈受到沿半径向外的安培力,故A正确,思路分析:根据左手定则分析;磁铁产生的外部磁场在经过线圈时是水平向右的,线圈受到沿半径向外的安培力,试题点评:本题考查了对左手定则的应用,关键是对左手定则的掌握熟练4.如图所示,一粗细均匀、重1N的金属丝ab,两端用相同的轻弹簧挂起(弹簧下端与金属丝绝缘),放在一方向垂直于纸面向里的匀强磁场(匀强磁场的范围足够大)中,若在金属丝中通入大小为I、方向自a至b的电流,此时所受安培力的大小为0.5N,金属丝下降1mm;若改在金属丝中通入大小仍为I但方向自b至a的电流,金属丝应下降_______mm.【答案】3【解析】在金属丝中通入大小为I、方向自a至b的电流时,由左手定则可得此时ab受到的安培力方向向上,大小为0.5N,所以此时弹簧受到的拉力为0.5N,金属丝下降1mm;当改在金属丝中通入大小仍为I但方向自b至a的电流,此时的安培力方向向下,大小为0.5N,此时弹簧的弹力为1.5N,所以金属丝应下降3mm,思路分析:在金属丝中通入大小为I、方向自a至b的电流时,此时ab受到的安培力方向向上,大小为0.5N,此时弹簧受到的拉力为0.5N金属丝下降1mm;在金属丝中通入大小仍为I但方向自b至a的电流,此时的安培力方向向下,大小为0.5N,此时弹簧的弹力为1.5N,所以金属丝应下降3mm,试题点评:本题考查了安培力的应用,关键是理解弹簧弹力的来源5.如图所示, 光滑的U形导电轨道与水平面的夹角为θ, 空间有一范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场,一质量为m的光滑裸导体棒ab恰能静止在导轨上,试确定图中电池的正负极并求导体中的电流所受磁场力的大小(当地的重力加速度为g).【答案】【解析】只有当d为正极、c为负极时ab棒才可能静止.对ab棒进行受力分析,由平衡条件可得F磁=mgtanθ.思路分析:ab棒受到重力,斜面的支持力和安培力,要使三力平衡,则d为正极、c为负极时ab 棒才可能静止.根据力的平衡条件可得试题点评:本题考查了有安培力参与的共点力平衡问题,平衡条件是解决问题的突破口6.如图所示,一通电直线导线与匀强磁场方向垂直,导线所受安培力的方向( )A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里【答案】D【解析】根据左手定则,让磁感线穿过手心,即手心向上,四指指向电流方向,即指向右侧,大拇指垂直于纸面指向里,故安培力方向垂直纸面向里,故ABC错误,D正确.故选D.7.关于安培力和洛伦兹力,下列说法正确的是A.洛伦兹力对运动电荷一定不做功B.安培力对通电导线一定不做功C.放置在磁场中的通电导线一定受到安培力作用D.带电粒子在磁场中运动时,一定受到洛伦兹力作用【答案】A【解析】A、洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直,对粒子不做功,故A正确;B、安培力是通电导线受到的力,若导体棒在安培力的方向上有位移,则安培力做功,故B错误;C、通电直导线与磁场方向夹角不为零时,才会受安培力,故C项错误D、带电粒子在磁场中运动时,若运动方向与磁场平行,则不受洛仑兹力的作用,故D错误;综上所述本题答案是:A8.对电流磁效应的对称性思考或逆向思维,人们提出的问题是()A.摩擦产生热B.电流产生磁C.电动机D.磁体产生电流【答案】D【解析】奥斯特发现了电流的磁效应,即电生磁现象,很多科学家开始进行研究,其中具有代表性的有安培、法拉第等,法拉第坚信电与磁是紧密联系的,通过对电流磁效应的逆向思维,认为磁一定能生电,经十年的不懈努力,终于发现了电磁感应现象,故D正确.故选D.9.如图所示,标出电流I、磁感应强度B的方向,其中符合安培定则的是()A.B.C.D.【答案】C【解析】解:A、B、通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,那么四指的指向就是磁感线的环绕方向由此可知AB错误;C、D、通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,据此可知C正确,D错误.故选:C.【点评】加强练习熟练掌握安培定则的内容,注意磁场方向的表示方法.10.如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场.带电量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动.忽略重力的影响,求:(1)匀强电场场强E的大小;(2)粒子从电场射出时速度v的大小;(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.【答案】(1)匀强电场场强E的大小;(2)粒子从电场射出时速度ν的大小;(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.【解析】(1)根据公式可求E;(2)根据动能定理列式求解;(3)根据洛伦兹力提供向心力列式求解.解:(1)根据匀强电场电势差和电场强度的关系得:匀强电场场强E的大小;(2)设带电粒子出电场时速度为v.由动能定理得:解得:;①(3)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:②①②联立得:;答:(1)匀强电场场强E的大小;(2)粒子从电场射出时速度ν的大小;(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.【点评】本题考查了带电粒子在电场中的加速和在磁场中的偏转,属于基础题,另外要注意公式,d是指沿电场方向距离.。
高二物理磁场对电流的作用试题答案及解析1.长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上,并处在磁感应强度为B的匀强磁场中,如图所示,当B方向竖直向上,电流为I1时导体处于平衡状态,若B方向改为垂直斜面向上,则电流为I2时导体处于平衡状态,电流比值I1/I2应为()cosθ B.1/ cosθ C.sinθ D.1/ sinθ【答案】B【解析】若磁场方向竖直向上,则安培力水平方向.由平衡条件可得:,若磁场方向垂直于斜面向上,则安培力沿斜面向上.由平衡条件可得:则,B 正确。
【考点】考查了安培力的计算2.如图所示,倾角(=30(、宽为L=1m的足够长的U形光滑金属框固定在磁感应强度B=1T、范围足够大的匀强磁场中磁场方向垂直导轨平面斜向上,现用一平行于导轨的牵引力F,牵引一根质量为m=0.2 kg,电阻R=1 (的金属棒ab,由静止开始沿导轨向上移动。
(金属棒ab始终与导轨接触良好且垂直,不计导轨电阻及一切摩擦)问:(1)若牵引力是恒力,大小F="9" N,则金属棒达到的稳定速度v1多大?(2)若金属棒受到向上的拉力在斜面导轨上达到某一速度时,突然撤去拉力,从撤去拉力到棒的速度为零时止,通过金属棒的电量为q="0.48" C,金属棒发热为Q="1.12" J,则撤力时棒的速度v2多大?【答案】(1) v1=8 m/s;(2)v2=4 m/s【解析】试题分析:(1)当金属棒达到的稳定速度v1时,感应电动势E=BLv1,回路中的电流I=,此时金属棒处于平衡状态,所以有F=mg sin,得:v1=8 m/s,(2)由法拉第电磁感应定律:E=,q=IΔt=,解得 s==0.48 m,由能量守恒定律: mv22=mgs sin(+Q,得:v2=4 m/s,【考点】法拉第电磁感应定律;导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化3.在赤道上,地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场,磁感应强度是5×10-5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线,长40m,载有20A的电流,地磁场对这根导线的作用力大小是A.4×10-8NB.2.5×10-5NC.9×10-4ND.4×10-2N【答案】D【解析】导线放置方向与磁场方向垂直,所以根据安培力公式可得,D正确;【考点】考查了磁场对通电导线的作用力的求解4.如图所示,一根质量为m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,可以采用的方法是()A.适当增大磁感应强度B.使磁场反向C.适当增大电流D.使电流反向【答案】AC【解析】根据左手定则,导线受向上的安培力,重力,绳子拉力,根据平衡条件得:,所以要使拉力为零,可增大安培力,即增大磁场感应强度、电流,故A、C正确;若磁场反向或者电流反向,则安培力反向,拉力不可能为零,所以B、D错误。
高考物理二轮复习磁场的描述、磁场对电流的作用试题(附
答案)
第1讲磁场的描述、磁场对电流的作用
一、单项选择题1 (2018 广东六校联考)一段长02 m,通过25 A 电流的直导线,关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况,正确的是( )
A 如果B=2 T,F一定是1 N
B 如果F=0,B也一定为零
C 如果B=4 T,F有可能是1 N
D 如果F有最大值时,通电导线一定与B平行
2 (2018 东中学月考)关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的是( )
A 磁感线从磁体的N极出发,终止于S极
B 磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向
C 沿磁感线方向,磁场逐渐减弱
D 在磁场强的地方同一通电导体受的安培力可能比在磁场弱的地方受的安培力小
3 (2018 广州调研)如图直导线通入垂直纸面向里的电流,在下列匀强磁场中,能静止在光滑斜面上的是( )
4 (2018 湛江模拟)在等边三角形的三个顶点a、b、c处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,过c点的导线所受安培力的方向( )
A 与ab边平行,竖直向上
B 与ab边平行,竖直向下
C 与ab边垂直,指向左边
D 与ab边垂直,指向右边
二、双项选择题
5 (2018 肇庆一模)处于同一平面内的两根长直导线中通有方向。
高三物理磁场对电流的作用试题答案及解析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【答案】B【解析】根据安培左手定则,伸开左手,使大拇指和四指垂直,四指指向电流方向,磁感线穿过手心,大拇指所指的方向就是安培力的方向,可见安培力的方向即大拇指方向总是垂直于电流方向即导线也就是四指指向,选项A错。
而磁场方向穿过手心,大拇指垂直于磁场方向和电流方向做决定的平面,即安培力的方向垂直于磁场方向,选项B对。
根据安培力的大小的计算公式,是磁场方向和电流方向的夹角,所以安培力大小与通电导线和磁场方向的夹角有关,选项C错。
若直导线从中点折成直角,则前半段受安培力为,后半段受安培力为,由于夹角不确定,所以的合力不一定等于,所以选项D错。
【考点】安培左手定则.圆环水平固定放2.半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,如图所示.则()A.θ=0时,杆产生的电动势为2BavB.θ=时,杆产生的电动势为 BavC.θ=0时,杆受的安培力大小为D.θ=时,杆受的安培力大小为【答案】AD【解析】由图知,当θ=0时,根据E=BLv可求杆产生的电动势为2Bav,故A正确;当θ=时,,电流,杆产生的电动势为Bav,由B错误;θ=0时,回路总电阻R=(2+π)aR所以杆受的培力,所以C错误;θ=时,回路总电阻,所以杆受的安培力,故D正确。
【考点】本题考查电磁感应3.两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。
将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示。
2022年高考物理备考--磁场的描述及磁场对电流的作用基础知识测试题一、单选题1.把一小段通电直导线放入磁场中,导线受到安培力的作用.关于安培力的方向,下列说法中正确的是A.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直,但不一定跟电流方向垂直C.安培力的方向一定跟电流方向垂直,但不一定跟磁感应强度方向垂直D.安培力的方向一定跟电流方向垂直,也一定跟磁感应强度方向垂直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()A.B.C.D.3.如图所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a,b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是()A.a,b、c的N极都向纸里转B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转4.四根相互平行的通电长直导线a、b、c、d电流均为I,如图所示放在正方形的四个顶点上,每根通电直导线单独存在时,正方形中心O点的磁感应强度大小都是B,则四根通电导线同时存在时O点的磁感应强度的大小和方向为()A.2,方向向左B.2B,方向向下C.2,方向向右D.2B,方向向上5.如图所示,在固定位置的条形磁铁S极附近悬挂一个金属线圈,线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内,当在线圈中通入沿图示方向流动的电流时,将会看到()A.线圈向左平移B.线圈向右平移C.从上往下看,线圈顺时针转动,同时靠近磁铁D.从上往下看,线圈逆时针转动,同时靠近磁铁6.如图所示,一通电金属环固定在绝缘的水平面上,在其左端放置一可绕中点O自由转动且可在水平方向自由移动的竖直金属棒,中点O与金属环在同一水平面内,当在金属环与金属棒中通有图中所示方向的电流时,则()A.金属始终静止B.金属棒的上半部分向纸面外转,下半部分向纸里面转,同时靠近金属环C.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时靠近金属环D.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时远离金属环7.如图所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,下面挂有匝数为n的矩形线框abcd,bc 边长为l,线框的下半部处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里),线框中通以电流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态.令磁场反向,磁感应强度的大小仍为B,线框达到新的平衡,则在此过程中线框位移的大小Δx及方向是A.Δx=2nBIlk,方向向下B.Δx=2nBIlk,方向向上C.Δx=nBIk,方向向上D.Δx=nBIk,方向向下8.一条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠右极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒,图中只画出此棒的截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,逐渐增大导电棒中的电流,磁铁一直保持静止.可能产生的情况是()A.磁铁对桌面的压力不变B.磁铁对桌面的压力一定增大C.磁铁受到摩擦力的方向可能改变D.磁铁受到的摩擦力一定增大9.中国宋代科学家沈括在公元1086年写的《梦溪笔淡》中最早记载了“方家(术士)以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也”。
课时规范练29磁场的描述磁场对电流的作用基础对点练1.(电流的相互作用)下图是一位同学制作的实验装置:柔软弹簧竖直悬挂,下端恰与铜片接触。
当开关闭合后,弹簧时伸时缩,灯泡时明时暗。
关于这个实验现象,下列说法正确的是()A.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩B.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长C.弹簧收缩与铜片分离时,通过灯泡的电流较小,灯泡暗淡D.弹簧伸长与铜片接触时,通过灯泡的电流较大,灯泡明亮2.(安培力)电磁炮是一种利用电磁作用发射炮弹的先进武器,某同学利用饼型强磁铁和导轨模拟电磁炮的发射原理,如图所示,相同的饼型强磁铁水平等间距放置,使导轨平面近似为匀强磁场。
下列说法不正确的是()A.放置强磁铁时,应保证磁铁的磁极同向B.强磁铁磁性越强,导轨平面越接近匀强磁场C.强磁铁间距越小,导轨平面越接近匀强磁场D.若全部磁铁N极向上,导体棒所受安培力水平向右3.(磁场的叠加、磁感应强度计算)(2023广东广州高三模拟)如图所示,三根长为L的平行通电直导线分别放在等腰直角三角形的三个顶点上,其中a、b处导线中的电流的方向垂直纸面向里,c处导线中的电流方向垂直纸面向外,b、c处导线中的电流大小为I,在a 处产生的磁感应强度的大小均为B,a处导线中通过的电流大小为√2I,则a处导线受到的安培力为()A.2BIL,方向竖直向上B.BIL,方向水平向右C.√2BIL,方向竖直向上D.4BIL,方向水平向左4.(电流的相互作用)在城市建设施工中,经常需要确定地下金属管线的位置,如图所示,地下有一根金属管线平行于水平地面。
有一种探测方法,首先给金属长直管线通上恒定电流I,再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作,①用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点,记为A;②在A点附近的地面上找到与A点磁感应强度相同的点B,连接AB并测得AB间的距离为a;③在地面上过A点做垂直于AB的线段AC并测得AC间的距离为b;④用测量仪测得C点的磁场方向与地面夹角为45°,由此可确定()A.地下的金属管线平行于AB,深度为bB.地下的金属管线平行于AB,深度为aC.地下的金属管线平行于AC,深度为bD.地下的金属管线平行于AC,深度为a5.(安培定则)(2022浙江名校联盟三模)一光滑绝缘的正方体固定在水平面内。
第1讲磁场的描述磁场对电流的作用知识巩固练习1.(多选)(2021年湖北名校质检)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形,在导线中通过的电流均为I,方向如图所示.a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上,且到相应顶点的距离相等.将a、b、c三处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3,则下列说法正确的是( )A.B1=B2<B3B.B1=B2=B3C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外,c处磁场方向垂直于纸面向里D.a处磁场方向垂直于纸面向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里【答案】AC【解析】a、b和c处的磁感应强度均是三条通电导线单独存在时在各点处产生的磁场的叠加.由于通过三条导线的电流大小相等,结合安培定则可判断出三条导线在a、b处产生的合磁感应强度垂直于纸面向外,在c处垂直于纸面向里,且B1=B2<B3.故A、C正确.2.(2021届浙江名校期末)如图所示为某种电流表的原理.质量为m的均质细金属棒MN 的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连,弹簧劲度系数为k.在长为L ab、宽为L bc 的矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.与MN的右端N 连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN的长度大于ab的长度.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合;当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流强度.下列说法正确的是( )A.若要使电流表正常工作,应将金属棒的M端接电源的负极B.通过金属棒的电流与标尺上的读数成正比C.若要将电流表的量程扩大为原来的2倍,可以使磁场的磁感应强度加倍D.若要将电流表的量程扩大为原来的2倍,可以使磁场的宽度L bc减半【答案】B【解析】为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN 的安培力必须向下.根据左手定则可知金属棒中电流从M 端流向N 端,因此M 端应接正极,A 错误.设当电流表示数为零时,弹簧的伸长量为Δx ,由平衡条件得mg =k Δx ,解得Δx =mg k.当电流为I 时,安培力为F A =BIL ,弹簧的伸长量增加,根据胡克定律有x =ΔF k =BIL cdk∝I ,故B 正确.设满量程时通过MN 的电流强度为I m ,则有BI m L cd +mg =k (L bc +Δx ).设量程扩大后,磁感应强度变为B ′,则有B ′·2I m L cd +mg =k (L bc +Δx ),解得B ′=12B ,故C 、D 错误.3.如图所示,通电导线均置于匀强磁场中.其中导线不受安培力作用的是( )【答案】C【解析】电流的方向与磁场方向垂直,通电导线一定受安培力作用,故A 、B 、D 错误.电流的方向与磁场的方向平行,导线不受安培力作用,故C 正确.4.某兴趣小组为了验证通电长直导线在某点产生的磁场的磁感应强度B 与这一点到导线的距离r 成反比⎝⎛⎭⎪⎫B ∝1r ,设计了下面的实验.将长直导线沿南北方向水平放置,小磁针放置在长直导线的正下方并处于静止状态.当小磁针离导线的距离为r 时,给长直导线通恒定的电流,小磁针垂直于纸面向纸内转动,转过的角度为θ(实验区域内通电导线产生的磁场与地磁场的水平分量相差不是很大).将小磁针放在不同r 处,测量其转过的角度,最终作出相关图像.下列图像能验证结论B ∝1r的是( )A B C D【答案】C5.(2021年青岛检测)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入运营.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=4 000 A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5T,磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin 5°≈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】地磁场方向由南向北,而电流方向从西向东.由左手定则可得安培力向北与水平面成85°角斜向上方.安培力的大小为F=BIL=5×10-5×4 000×200 N=40 N.故选A.6.如图所示,用悬线将蹄形磁铁悬于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【答案】C综合提升练习7.(多选)(2021年武汉检测)如图所示,某同学在玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体”实验.若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.1 T,玻璃皿的横截面半径a=0.05 m,电源的电动势E=3 V,内阻r=0.1 Ω,限流电阻R0=4.9 Ω,玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω.闭合开关后,当液体旋转时电压表的示数为1.5 V,则( )A.由上往下看,液体顺时针旋转B .液体所受的安培力大小为1.5×10-3N C .闭合开关后,液体热功率为0.081 W D .闭合开关10 s ,液体具有的动能是3.69 J 【答案】BCD8.(2021年湖南名校联考)如图所示,在倾角为θ=30°的斜面上,固定一宽L =0.25 m 的平行金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R .电源电动势E =12 V ,内阻r =1 Ω,一质量m =20 g 的金属棒ab 与两导轨垂直并接触良好.整个装置处于磁感应强度B =0.80 T 垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计).金属导轨是光滑的,g 取10 m/s 2.要保持金属棒在导轨上静止,求:(1)金属棒受到的安培力的大小; (2)通过金属棒的电流的大小; (3)滑动变阻器R 接入电路中的阻值.【答案】(1)0.1 N (2)0.5 A (3)23 Ω【解析】(1)金属棒静止在金属导轨上受到重力、支持力和沿斜面向上的安培力,由受力平衡F 安=mg sin 30°,代入数据得F 安=0.1 N.(2)由F 安=BIL ,解得I =0.5 A .(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R .根据闭合电路欧姆定律得E =I (R +r ),代入数据得R =23 Ω.9.如图所示,一关于y 轴对称的导体轨道位于水平面内,磁感应强度为B 的匀强磁场与平面垂直.一足够长且质量为m 的直导体棒沿x 轴方向置于轨道上,在外力F 作用下从原点由静止开始沿y 轴正方向做加速度为a 的匀加速直线运动,运动时棒与x 轴始终平行.棒单位长度的电阻为ρ,与电阻不计的轨道接触良好,运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P =ky 32(SI).求:(1)导体轨道的轨道方程y =f (x );(2)棒在运动过程中受到的安培力F A 随y 的变化关系; (3)棒从y =0运动到y =L 过程中外力F 做的功.【答案】(1)y =⎝ ⎛⎭⎪⎫4aB 2kρ2x 2 (2)F A=k 2ay(3)k22aL 2+maL【解析】(1)设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为(±x ,y ),安培力F =B 2l 2vR,功率P =4B 2x 2v 2R =ky 32.棒做匀加速运动,v 2=2ay ,R =2ρx .代入前式得y =⎝ ⎛⎭⎪⎫4aB 2kρ2x 2.轨道为抛物线. (2)安培力F A =B P E(2x )=B (2x )ky32B 2x v=ky 32v.将v =2ay 代入得F A =k2ay .(3)由动能定理有W F +W A =12mv 2.安培力平均大小为F A =k22a y .则W A =-F A y =-k22a y 2=-kL 222a .棒在y =L 处动能E k =12mv 2=maL .外力做功W F =k22aL 2+maL .。
【磁场及磁场对电流的作用】习题1.如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()A.方向沿纸面向上,大小为(2+1)ILB B.方向沿纸面向上,大小为(2-1)ILB C.方向沿纸面向下,大小为(2+1)ILB D.方向沿纸面向下,大小为(2-1)ILB解析:将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出安培力的大小,根据F=BIL计算出安培力的大小,再求合力.导线所受合力F=BIL+2BIL sin 45°=(2+1)ILB.答案:A2.如图所示,一弓形线圈通以逆时针电流,在其圆弧的圆心处,垂直于纸面放一直导线,当直导线通有指向纸内的电流时,线圈将()A.a端向纸内,b端向纸外转动,且靠近导线B.a端向纸内,b端向纸外转动,且远离导线C.b端向纸内,a端向纸外转动,且靠近导线D.b端向纸内,a端向纸外转动,且远离导线答案:A3.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根竖直放置的平行导轨AB、CD,导轨上放有质量为m的金属棒MN,棒与导轨间的动摩擦因数为μ,现从t=0时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流强度与时间成正比,即I=k t,其中k为恒量.若金属棒与导轨始终垂直,则如图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中,正确的是()解析:当F f=μBIL=μBL k t<mg时,棒沿导轨向下加速;当F f=μBL k t>mg时,棒沿导轨向下减速;在棒停止运动前,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为:F f=μBL k t;当棒停止运动时,摩擦力立即变为静摩擦力,大小为:F f=mg,故选项C正确.答案:C4.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,一根质量为m、电阻为R的导体棒ab,用长为l的绝缘细线悬挂,悬线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场.当闭合开关S时,导体棒向右摆出,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ角,则()A.磁场方向一定竖直向上B.导体棒离开导轨前受到向左的安培力C.导体棒摆到最大高度时重力势能的增加量等于mgl(1-cos θ)D.导体棒离开导轨前电源提供的电能大于mgl(1-cos θ)解析:从题中知道导体棒ab向右摆动,说明导体棒ab受到向右的安培力作用,由左手安则可知磁场方向一定竖直向下,A、B两项错误;电源提供的电能转化成了两部分,一部分是电路中所产生的热,另一部分是导体棒的机械能,D项正确;最大高度时,导体棒重力势能的增加量等于mgl(1-cos θ),C项正确.答案:CD5.如图所示为一电流表的原理示意图.质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合:当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流强度.(1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少?(重力加速度为g ) (2)若要电流表正常工作,MN 的哪一端应与电源正极相接?(3)若k =2.0 N/m ,ab =0.20 m ,cb =0.050 m ,B =0.20 T ,此电流表的量程是多少?(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)若将量程扩大2倍,磁感应强度应变为多大?解析:(1)设当电流表示数为零时,弹簧的伸长量为Δx ,则有mg =k Δx ,①由①式得:Δx =mg k .②(2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN 的安培力必须向下,因此M 端应接正极.(3)设电流表满偏时通过MN 间电流强度为I m ,则有BI m ab +mg =k (d +Δx ),③ 联立②③并代入数据得I m =2.5 A .④(4)设量程扩大后,磁感应强度变为B ′,则有2B ′I m ab +mg =k (cb +Δx ).⑤由①⑤式得:B ′=k cb2I m ab .⑥代入数据得:B ′=0.10 T.答案:(1)mg k (2)M 端 (3)2.5 A (4)0.10 T1.首先对电磁作用力进行研究的是法国科学家安培.如图所示的装置,可以探究影响安培力大小的因素,实验中如果想增大导体棒AB 摆动的幅度,可能的操作是( )A .把磁铁的N 极和S 极换过来B.减小通过导体棒的电流强度IC.把接入电路的导线从②、③两条换成①、④两条D.更换磁性较小的磁铁解析:安培力的大小与磁场强弱成正比,与电流强度成正比,与导线的长度成正比,C正确.答案:C2.一段长0.2 m,通过2.5 A电流的直导线,关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况,正确的是()A.如果B=2 T,F一定是1 N B.如果F=0,B也一定为零C.如果B=4 T,F有可能是1 N D.如果F有最大值时,通电导线一定与B平行解析:当导线与磁场方向垂直放置时,F=BIL,力最大,当导线与磁场方向平行放置时,F=0,当导线与磁场方向成任意其他角度放置时,0<F<BIL,A、D两项不正确,C项正确;磁感应强度是磁场本身的性质,与受力F无关,B不正确.答案:C3.如图所示,两根无限长的平行导线a和b水平放置,两导线中通以方向相反、大小不等的恒定电流,且I a>I b.当加一个垂直于a、b所在平面的匀强磁场B时;导线a恰好不再受安培力的作用.则与加磁场B以前相比较()A.b也恰好不再受安培力的作用B.b受的安培力小于原来安培力的2倍,方向竖直向上C.b受的安培力等于原来安培力的2倍,方向竖直向下D.b受的安培力小于原来安培力的大小,方向竖直向下解析:当a不受安培力时,I b产生的磁场与所加磁场在a处叠加后的磁感应强度为零,此时判断所加磁场垂直纸面向外,因I a>I b,所以在b处叠加后的磁场垂直纸面向里,b受安培力向下,且比原来小.故选项D正确.答案:D4.如图所示,在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c,各导线中的电流大小相同,其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外,b导线电流方向垂直纸面向内.每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用,则关于每根导线所受安培力的合力,以下说法中正确的是()A.导线a所受合力方向水平向右B.导线c所受合力方向水平向右C.导线c所受合力方向水平向左D.导线b所受合力方向水平向左解析:首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向,要注意是合磁场的方向,然后用左手定则判定导线的受力方向.可以确定B是正确的.答案:B5.如图所示,abcd四边形闭合线框,a、b、c三点坐标分别为(0,L,0),(L,L,0),(L,0,0),整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中,通入电流I,方向如图所示,关于四边形的四条边所受到的安培力的大小,下列叙述中正确的是()A.ab边与bc边受到的安培力大小相等B.cd边受到的安培力最大C.cd边与ad边受到的安培力大小相等D.ad边不受安培力作用解析:根据左手定则,ab边受到的安培力大小为F ab=BIab,bc边平行于磁场方向受力为零,故A错;ad边受到安培力大小为F ad=BIOd,故B、D错;cd边受到的安培力大小为F ad=BIcd,故B正确.答案:B6.一条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒,图中只画出此棒的截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,在通电的一瞬间可能产生的情况是()A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁受到向右的摩擦力D.磁铁受到向左的摩擦力解析:如右图所示.对导体棒,通电后,由左手定则,导体棒受到斜向左下方的安培力,由牛顿第三定律可得,磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上方,所以在通电的一瞬时,磁铁对桌面的压力减小,磁铁受到向左的摩擦力,因此A、D正确.答案:AD7.如图所示,有两根长为L 、质量为m 的细导体棒a 、b ,a 被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上,b 被水平固定在与a 在同一水平面的另一位置,且a 、b 平行,它们之间的距离为x .当两细棒中均通以电流强度为I 的同向电流时,a 恰能在斜面上保持静止,则b 的电流在a 处产生的磁场的磁感应强度的说法错误的是( )A .方向向上B .大小为2mg 2LIC .要使a 仍能保持静止,而减小b 在a 处的磁感应强度,可使b 上移D .若使b 下移,a 将不能保持静止解析:由安培定则可知A 正确;由mg sin α=BLI cos α知B =mg sin αLI cos α,B 错误;若要使B 最小,应在垂直斜面向上的方向上,所以C 、D 正确.答案:B8.如图所示,两根间距为d 的平行光滑金属导轨间接有电源E ,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°.金属杆ab 垂直导轨放置,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减小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解析:对金属杆受力分析,沿导轨方向:BEd R -mg sin θ=0,若想让金属杆向上运动,则BEd R增大,A 项正确,B 项错误;若增大θ,则mg sin θ增大,C 项错误;若电流反向,则金属杆受到的安培力反向,D 项错误.答案:A9.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,导线在导轨上做往复运动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:由安培力的表达式F =BIL 结合图乙可知,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 方向不变,大小变小,加速度方向不变,大小变小,由于初速度为零,所以在水平方向上做变加速直线运动;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,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.答案:AD10.电磁炮是利用磁场对电流的作用力,把电能转变成机械能,使炮弹发射出去的.如图所示,把两根长为s ,互相平行的铜制轨道放在磁场中,轨道之间放有质量为m 的炮弹,炮弹架在长为l ,质量为M 的金属杆上,当有大的电流I 1通过轨道和炮弹时,炮弹与金属架在磁场力的作用下,获得速度v 1时刻的加速度为a ,当有大的电流I 2通过轨道和炮弹时,炮弹最终以最大速度v 2脱离金属架并离开轨道,设炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比,求垂直于轨道平面的磁感应强度多大?解析:设运动中受总阻力F f =k v 2,炮弹与金属架在安培力和阻力合力作用下加速,根据牛顿第二定律,获得v 1速度时,BI 1l -k v 21=(M +m )a ①当炮弹速度最大时,有BI 2l =k v 22②解①②得垂直轨道的磁感应强度为:B =(M +m )a v 22l (I 1v 22-I 2v 21). 答案:(M +m )a v 22l (I 1v 22-I 2v 21)11.如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m ,质量为6×10-2 k g 的通电直导线,电流强度I =1 A ,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T ,方向竖直向上的磁场中.设t =0时,B =0,则需要多长时间,斜面对导线的支持力为零?(g 取10 m/s 2)解析:斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示.由平衡条件F T cos 37°=F ①F T sin 37°=mg ②由①②解得:F =mg tan 37°,代入数值得:F =0.8 N 由F =BIL 得:B =F IL =0.81×0.4T =2 T. B 与t 的变化关系为B =0.4 t .所以t =5 s.答案:5 s12.水平面上有电阻不计的U 形导轨NMPQ ,它们之间的宽度为L ,M 和P 之间接入电动势为E 的电源(不计内阻).现垂直于导轨搁一根质量为m ,电阻为R 的金属棒ab ,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方,如图所示,问:(1)当ab 棒静止时,受到的支持力和摩擦力各为多少?(2)若B 的大小和方向均能改变,则要使ab 棒所受支持力为零,B 的大小至少为多少?此时B 的方向如何?解析:从b 向a 看侧视图如图所示.(1)水平方向:F =F A sin θ①竖直方向:F N +F A cos θ=mg ②又 F A =BIL =B E R L ③联立①②③得:F N =mg -BLE cos θR ,F =BLE sin θR.(2)使ab棒受支持力为零,且让磁场最小,可知安培力竖直向上.则有F A=mgB min=mgREL,根据左手定则判定磁场方向水平向右.答案:(1)mg-BLE cos θRBLE sin θR(2)mgREL方向水平向右。
高二物理磁场对电流的作用试题答案及解析1.在同一光滑斜面上放同一导体绑棒,右图所示是两种情况的剖面图。
它们所外空间有磁感强度大小相等的匀强磁场,但方向不同,一次垂直斜面向上,另一次竖直向上,两次导体A分别通有电流I1和I2,都处于静止平衡。
已知斜面的倾角为θ,则:()A.I1:I2=cosθ:1B.I1:I2=1:1C.导体A所受安培力大小之比F1:F2=sinθ:cosθD.斜面对导体A的弹力大小之比N1:N2=cos2θ:1【答案】AD【解析】分别对导线受力分析,如图,利用平衡条件即可求解解得:解得:所以可见,AD正确,BC错误。
2.如图所示,两条导线相互垂直但相隔一小段距离,其中一条AB是固定的,另一条CD能自由转动,当直流电流按图示方向通入两条导线时,导线CD将(从纸外向纸内看)()A.顺时针方向转动,同时靠近导线ABB.逆时针方向转动,同时离开导线ABC.顺时针方向转动,同时离开导线ABD.逆时针方向转动,同时靠近导线AB【答案】D【解析】根据右手螺旋定则可知,电流AB产生的磁场在右边垂直纸面向里,在左边垂直纸面向外,电流CD处于电流AB产生的磁场中,在CD左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向下,右边的电流元所受安培力方向向上,知CD导线逆时针方向转动(从纸外向纸内看).当CD导线转过90°后,两电流为同向电流,相互吸引.所以导线CD逆时针方向转动,同时靠近导线AB.故D正确,A、B、C错误.【考点】本题考查电流对电流的作用、通电直导线和通电线圈周围磁场的方向,意在考查考生对左手定则、右手螺旋定则的理解和应用.3.如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。
如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( )A.棒中的电流变大,θ角变大B.两悬线等长变短,θ角变大C.金属棒质量变大,θ角变大D.磁感应强度变大,θ角变大【答案】AD【解析】对通电导线受力分析,求出夹角的关系表达式,然后根据物体平衡列出平衡方程分析答题.导体棒受力如图所示,根据物体的平衡条件有,而导体棒与磁场垂直,所受的安培力为大小为,方向水平向右,所以有,棒中电流I变大,θ角变大,故A选项正确;两悬线等长变短,重力和安培力均不变,故θ角不变,故B选项错误;金属棒质量变大,θ角变小,故C选项错误;磁感应强度变大,θ角变大,故D选项正确;【考点】左手定则安培力物体的平衡4.(4分)将长度为0.2m、通有1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示。
高二【磁场的描述及磁场对电流的作用】练习题一、选择题(1~5题为单项选择,6~9题为多项选择)1.用两根绝缘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1所示。
当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时,则有( )图1A.两导线环相互吸引B.两导线环相互排斥C.两导线环间无相互作用力D.两导线环先吸引后排斥解析通电的导线环周围能够产生磁场,磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
由于导线环中通入的电流方向相同,二者同位置处的电流方向完全相同,据同向电流相互吸引的规律,判知两导线环应相互吸引,选项A正确。
答案 A2.如图2所示,金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线水平悬挂,处于垂直纸面水平向里的匀强磁场中,棒中通有由M到N的恒定电流I,细线的拉力不为零,两细线竖直。
现将匀强磁场磁感应强度B大小保持不变,方向缓慢地转过90°变为竖直向下,在这个过程中( )图2A.细线向纸面内偏转,其中的拉力一直增大B.细线向纸面外偏转,其中的拉力一直增大C.细线向纸面内偏转,其中的拉力先增大后减小D.细线向纸面外偏转,其中的拉力先增大后减小解析初始状态时,金属棒受重力、拉力和安培力作用而平衡。
在磁场方向由垂直纸面向里缓慢地转过90°变为竖直向下的过程,安培力的大小F安=BIL不变,方向由竖直向上变为垂直纸面向里。
根据共点力平衡知,细线向纸面内偏转。
因为金属棒受重力、拉力和安培力作用而平衡,重力和安培力的合力与拉力等值反向,重力和安培力的大小不变,它们之间的夹角由180°变为90°,知两个力的合力一直增大,所以拉力一直增大。
故选项A 正确。
答案 A3.如图3所示,铜棒ab长l0=0.1 m,质量为m=0.06 kg,两端与长为l=1 m 的轻铜线相连,静止于竖直平面内,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5 T,现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒发生摆动,已知最大偏转角为37°,则在向上摆动过程中(不计空气阻力,g =10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)则( )图3A.铜棒的机械能守恒B.铜棒的机械能先增大后减小C.铜棒中通电电流大小为9 AD.铜棒中通电电流大小为4 A解析铜棒在上升过程中,安培力做正功,机械能一直增大,A、B错误;由动能定理知W安-W重=0,即BIl0l sin 37°=mgl(1-cos 37°),代入数值得I=4 A。
C错误,D正确。
答案 D4.如图4所示,质量m=0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L=1 m的光滑绝缘框架上,磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。
右侧回路中,电源的电动势E=8 V、内阻r=1 Ω,额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作。
取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度大小g=10 m/s2,则磁场的磁感应强度大小为( )图4A.2 T B.1.73 T C.1.5 T D.1 T解析电动机M正常工作时的电流I1=P1U=2 A,电源内阻上的电压U′=E-U=8 V-4 V=4 V,根据欧姆定律得干路中的电流I=U′r=4 A,通过导体棒的电流I2=I-I1=2 A,导体棒受力平衡,有BI2L=mg sin 37°,得B =1.5 T,只有选项C正确。
答案 C5.如图5甲所示,a、b两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直圆平面放置于圆周上,且两导线与圆心连线的夹角为60°时,圆心处的磁感应强度大小为B。
如图乙所示,c导线中通有与a、b导线完全相同的电流,a、b、c垂直圆平面放置在圆周上,且a、b两导线与圆心连线的夹角为120°,b、c两导线与圆心连线的夹角为30°,则此时圆心处的磁感应强度大小为( )图5A.63B B.B C.0 D.2B解析当a、b两导线与圆心连线的夹角为60°时,它们在圆心处的磁感应强度如图甲所示,设B a=B b=B1,则有B=3B1。
当a、b两导线与圆心连线夹角为120°时,如图乙所示,它们在圆心处的磁感应强度矢量和为B′=B1,再与c导线在圆心处产生的磁场叠加后磁感应强度矢量和为2B1,因此圆心处的磁感应强度大小为63B,A选项正确。
答案 A6.如图6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 ( )图6A.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答案AB7.图7中装置可演示磁场对通电导线的作用。
电磁铁上、下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。
当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动。
下列说法正确的是 ( )图7A.若a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,则L向右滑动B.若a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,则L向右滑动C.若a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,则L向左滑动D.若a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,则L向左滑动解析若a接正极,b接负极,电磁铁磁极间磁场方向向上,e接正极,f接负极,由左手定则判定金属杆所受安培力向左,则L向左滑动,A选项错误;同理判定B、D选项正确,C选项错误。
答案BD8.有一根质量为m、长度为d的通有水平向里的电流I的导体棒,被长度为L 的轻质绝缘细线悬挂在天花板上,在此空间加上竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B=3mg3Id,若保持导体棒中的电流I始终不变,则( )图8A.细线偏离竖直方向的夹角最大为30°B.细线偏离竖直方向的夹角最大为60°C.在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为2(3-1)mgD.在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为(12+3)mg6解析导体棒静止时细线与竖直方向夹角设为θ,根据平衡有BId=mg tan θ,解得θ=30°,根据对称性(类比重力场)可知细线与竖直方向夹角最大为2θ=60°,选项A错,B对;类比重力场可知导体棒在经过平衡位置时细线上拉力最大,设为F m,重力和安培力的合力为F=mgcos θ,经过平衡位置时速度大小设为v,应用动能定理有FL(1-cos θ)=12mv2,应用向心力公式有F m-F=mv2L,解得F m=2(3-1)mg,选项D错,C对。
答案BC9.如图9是“电磁炮”模型的原理结构示意图。
光滑水平金属导轨M、N的间距L=0.2 m,电阻不计,在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小B=1×102T。
装有弹体的导体棒ab垂直放在导轨M、N上的最左端,且始终与导轨接触良好,导体棒ab(含弹体)的质量m=0.2 kg,在导轨M、N间部分的电阻R=0.8 Ω,可控电源的内阻r=0.2 Ω。
在某次模拟发射时,可控电源为导体棒ab提供的电流恒为I=4×103A,不计空气阻力,导体棒ab由静止加速到4 km/s后发射弹体,则( )图9A.导体棒ab所受安培力大小为1.6×105 NB.光滑水平导轨长度至少为20 mC.该过程系统产生的焦耳热为3.2×106 JD.该过程系统消耗的总能量为1.76×106 J解析由安培力公式有,F=BIL=8×104 N,选项A错误;弹体由静止加速到4 km/s,由动能定理知Fx=12mv2,则轨道长度至少为x=mv22F=20 m,选项B正确;导体棒ab做匀加速运动,由F=ma,v=at,解得该过程需要时间t =1×10-2 s,该过程中产生焦耳热Q=I2(R+r)t=1.6×105 J,弹体和导体棒ab增加的总动能E k=12mv2=1.6×106 J,系统消耗总能量E=Ek+Q=1.76×106 J,选项C错误,D正确。
答案BD二、非选择题10.如图10所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m、质量为6×10-2 kg的通电直导线,电流大小I=1 A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T、方向竖直向上的磁场中。
设t=0时,B=0,则需要多长时间,斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)图10解析斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示。
由平衡条件得FTcos 37°=FFTsin 37°=mg两式联立解得F=mgtan 37°=0.8 N由F=BIL得B=FIL=2 T由题意知,B与t的变化关系为B=0.4t(T)代入数据得t=5 s。
答案 5 s11.如图11所示,将长为50 cm、质量为10 g的均匀金属棒ab的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态,位于垂直于纸面向里的匀强磁场中。
当金属棒中通以0.4 A的电流时,弹簧恰好不伸长。
g=10 m/s2。
图11(1)求匀强磁场的磁感应强度的大小;(2)当金属棒中通过大小为0.2 A、方向由a到b的电流时,弹簧伸长1 cm。
如果电流方向由b到a,而电流大小不变,则弹簧伸长又是多少?解析(1)弹簧恰好不伸长时,ab棒受到向上的安培力BIL和向下的重力mg 大小相等,即BIL=mg解得B=mgIL=0.5 T(2)当大小为0.2 A的电流由a流向b时,ab棒受到两只弹簧向上的拉力2kx1,及向上的安培力BI1L和向下的重力mg作用,处于平衡状态。
根据平衡条件有2kx1+BI1L=mg当电流反向后,ab棒在两个弹簧向上的拉力2kx2及向下的安培力BI2L和重力mg作用下处于平衡状态。
根据平衡条件有2kx2=mg+BI2L联立解得x2=mg+BI2Lmg-BI1Lx1=3 cm。
答案(1)0.5 T (2)3 cm12.如图12所示,位于同一个水平面上的两根平行金属导轨,放置在斜向左上、与水平面成θ角的匀强磁场中,一根质量为m的通有恒定电流I的金属条在导轨上向右运动。
导轨间距离为L,金属条与导轨间动摩擦因数为μ。
图12(1)金属条以速度v做匀速运动,求磁场的磁感应强度的大小;(2)为了使金属条尽快运动距离x,可通过改变磁场的方向来实现,求改变磁场方向后,金属条运动位移x的过程中安培力对金属条所做的功。