2018-2019學(xué)年高二物理 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)安培力

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1、 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)安培力 1．【2018年南昌二中高三上學(xué)期第四次月考】?jī)蓚€(gè)相同的全長(zhǎng)電阻為9 Ω、半徑為8 cm的均勻光滑圓環(huán)固定在一個(gè)絕緣的水平臺(tái)面上，兩環(huán)分別在兩個(gè)互相平行的、相距為20 cm的豎直面內(nèi)，兩環(huán)的圓心連線恰好與環(huán)面垂直，兩環(huán)面間有方向豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫(huà)出)，兩環(huán)的最高點(diǎn)A和C間接有一內(nèi)阻為0.5 Ω的電源，連接的導(dǎo)線的電阻不計(jì)?，F(xiàn)有一根質(zhì)量為10 g、電阻為1.5 Ω的導(dǎo)體棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可沿環(huán)滑動(dòng)，而棒恰好靜止于如圖所示的水平位置，它與圓弧的兩接觸點(diǎn)P、Q和圓弧最低點(diǎn)間所夾的弧對(duì)應(yīng)的圓心角均為θ＝60°，重力加速度g取10 m/s2。

2、 (1)求此電源電動(dòng)勢(shì)E的大??； (2)若換上兩個(gè)電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動(dòng)勢(shì)E的大小為2 V的電源，其他條件不變，現(xiàn)將棒從圓環(huán)最低點(diǎn)靜止釋放，問(wèn)：棒經(jīng)過(guò)P、Q點(diǎn)時(shí)對(duì)兩環(huán)的彈力各為多少？棒能上升的最大高度為多少？ 一、多選題 1．【2018年浙江省名校協(xié)作體高三上學(xué)期9月聯(lián)考】物理學(xué)的發(fā)展極大地豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進(jìn)步。關(guān)于物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法不正確的是(　 ) A．法拉第創(chuàng)造性地用“場(chǎng)線”形象地描述“場(chǎng)” B．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) C．自然

3、界的電荷只有兩種，庫(kù)侖把它們命名為正電荷和負(fù)電荷 D．牛頓進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”，得出天上和地下的物體都遵從萬(wàn)有引力定律的結(jié)論 2．【2018年臺(tái)州中學(xué)高二上學(xué)期月考】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是(　 ) A．磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無(wú)關(guān) B．通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場(chǎng)，通電導(dǎo)線不受安培力的地方一定不存在磁場(chǎng) C．人們通常用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某點(diǎn)的受力來(lái)探究磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，如果將這根通電導(dǎo)線拿走，那該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就變?yōu)榱? D．由可知，B與F成正比與IL成反比 3．【2018年遵義市第四教育集團(tuán)高三上學(xué)期第二次聯(lián)考】

4、(多選)無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線在周圍某一點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與電流成正比，與導(dǎo)線到這一點(diǎn)的距離成反比，即(式中k為常數(shù))。如圖所示，兩根相距L的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有電流I和3I，在兩根導(dǎo)線的連線上有a、b兩點(diǎn)，a點(diǎn)為兩根直導(dǎo)線連線的中點(diǎn)，b點(diǎn)距導(dǎo)線I的距離為L(zhǎng)。下列說(shuō)法正確的是(　 ) A．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同 B．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反 C．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為8 : 1 D．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為16 : 1 4．【2018年贛州高二月考】如圖所示，ab是水平面上一個(gè)圓的直徑，在過(guò)ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef，已知ef平行于ab

5、，當(dāng)ef豎直向上平移時(shí)，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)圓面積的磁通量將(　 ) A．始終為零 B．逐漸減小 C．逐漸增大D．不為零，但保持不變 5．【2018年吉林上學(xué)期高二第二次月考】如圖所示，A為通電線圈，電流方向如圖，B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓，φB、φC分別為通過(guò)兩圓面的磁通量的大小，下列判斷中正確的是(　 ) A．φB＝φC B．φB <φC C．穿過(guò)兩圓面的磁通量是垂直紙面向外的 D．穿過(guò)兩圓面的磁通量是垂直紙面向里的 6．【2018年重慶一中高二月考】將圓柱形強(qiáng)磁鐵吸在干電池的負(fù)極，強(qiáng)磁鐵的S極朝上N極朝下，金屬導(dǎo)線折成上端有一支點(diǎn)，下端開(kāi)口的導(dǎo)線框，使導(dǎo)線框

6、的頂端支點(diǎn)和底端分別與電源的正極和磁鐵都接觸良好但不固定，這樣整個(gè)線框就可以繞電池旋轉(zhuǎn)起來(lái)。下列判斷正確的是(　 ) A．線框能旋轉(zhuǎn)起來(lái)，是因?yàn)閼T性 B．俯視觀察，線框沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) C．電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率 D．導(dǎo)線框?qū)⑸舷抡駝?dòng) 7．【2018年浙江省高三上學(xué)期11月選考】電流天平是一種測(cè)量磁場(chǎng)力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤(pán)上。當(dāng)兩線圈均無(wú)電流通過(guò)時(shí)，天平示數(shù)恰好為零。下列說(shuō)法正確的是(　 ) A．當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，兩線圈電流方向相同 B．當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，兩線圈電流方向相同 C．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力大

7、于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力 D．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力是一對(duì)相互作用力 8．【2018年安慶市高三上學(xué)期五校聯(lián)考】如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向斜向右上方，與水平方向所夾的銳角為45°。將一個(gè)金屬圓環(huán)ab置于磁場(chǎng)中，圓環(huán)的圓心為O，半徑為r，兩條半徑Oa和Ob相互垂直，且Oa沿水平方向。當(dāng)圓環(huán)中通以電流I時(shí)，圓環(huán)受到的安培力大小為(　 ) A．2BIr B． C．BIr D． 9．【2018年長(zhǎng)安區(qū)第一中學(xué)高二上學(xué)期期中】如圖所示，一水平放置的N匝矩形線框面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向斜向上，與水平面成30°角，現(xiàn)

8、若使矩形框以左邊的一條邊為軸轉(zhuǎn)到豎直的虛線位置，則此過(guò)程中磁通量的改變量的大小是(　 ) A． B． C． D． 10．【2018年汕頭市金山中學(xué)高二上學(xué)期期中】(多選)如圖所示，圓圈中的“×”表示電流方向垂直紙面向里，圓圈中的“?”表示電流方向垂直紙面向外。兩根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線a、b平行水平放置，a、b中的電流強(qiáng)度均為I，此時(shí)a受到的磁場(chǎng)力大小為F。當(dāng)在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線c后，a受到的磁場(chǎng)力大小仍為F，圖中abc正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，則此時(shí)(　 ) A．b受到的磁場(chǎng)力大小為F B．b受到的磁場(chǎng)力大小為 C．c受到的磁場(chǎng)力

9、大小為F D．c受到的磁場(chǎng)力大小為 二、解答題 11．【2018年蘭州一中高二12月月考】如圖所示為電流天平，可以用來(lái)測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡，然后使電流反向，大小不變，這時(shí)需要在左盤(pán)中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再次達(dá)到新的平衡。 (1)若線圈串聯(lián)一個(gè)電阻R連接到電壓為U的穩(wěn)定電源上，已知線圈電阻為r，當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí)，請(qǐng)用題給的物理量符號(hào)表示出電阻R的大小； (2)請(qǐng)用重力加速度g和n、m、L、I導(dǎo)出B的表達(dá)式。

10、 12．【龍泉中學(xué)2018年高二月考】如圖所示，通電直導(dǎo)線ab質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)，水平地放置在傾角為θ的光滑斜面上，通以圖示方向的電流，電流強(qiáng)度為I，要求導(dǎo)線ab靜止在斜面上。 (1)若磁場(chǎng)的方向豎直向上，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小如何？ (2)若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小如何？ 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)安培力 1．【解析】（1）從左向右看，棒PQ的受力如圖所示，棒受重力mg、安培力F安和環(huán)對(duì)棒的彈力FN作用；根據(jù)平衡條件得F安=mgtanθ 安培力F安=IBL 聯(lián)立解得I=1 A 在電路中兩個(gè)圓環(huán)分別連入電路的電阻為R環(huán)=13×9Ω×

11、23×9Ω13×9Ω+23×9Ω=2 Ω 由閉合電路歐姆定律得：E=I(r+2R環(huán)+R棒)=6 V. （2）若換上兩個(gè)電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動(dòng)勢(shì)E的大小為2V的電源，則電路中的電流 I1=ER棒+r=20.5+1.5A=1A 安培力F安1=BI1L=310N 棒經(jīng)過(guò)P、Q點(diǎn)時(shí)的速度為v，則F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2 解得：v=1.6m/s； 棒在經(jīng)過(guò)P、Q點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律：2FN1-mgcos600-F安1cos300=mv2R 解得FN1=0.2N 棒在平衡位置的速度最大，此位置的與圓心的連線與豎直方向的夾角為tanα=F安1mg

12、=3，則α=600， 則棒能上升的最高點(diǎn)應(yīng)該關(guān)于平衡位置對(duì)稱，則棒能上升的最大高度為h=R(1+cos600)=12cm 一、多選題 1．【答案】C 【解析】法拉第認(rèn)為電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場(chǎng)，并創(chuàng)造性地用“場(chǎng)線”形象地描述“場(chǎng)”，A正確；奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在著磁場(chǎng)，B正確；自然界中有兩種電荷，但不是庫(kù)侖命名的，C錯(cuò)誤；牛頓進(jìn)行了“月-地檢驗(yàn)”，得出天上和地下的物體都遵從萬(wàn)有引力定律的結(jié)論，D正確． 2．【答案】A 【解析】磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無(wú)關(guān)，人們通常用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某點(diǎn)的受力來(lái)探究磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，如果將這

13、根通電導(dǎo)線拿走，那該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍然是不變的，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場(chǎng)，通電導(dǎo)線不受安培力的地方也可能存在磁場(chǎng)，例如當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，導(dǎo)線受磁場(chǎng)力為零，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定的，與導(dǎo)線所受的安培力F和IL無(wú)關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 3．【答案】AD 【解析】根據(jù)右手螺旋法則，導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)的磁感線，是圍繞導(dǎo)線形成的同心圓，3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都向下，則合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下的；由B=kIL 3I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下，而I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向上，因3I導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)較大，則合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下，

14、因此a點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故A正確，B錯(cuò)誤；3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL，而3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L，則a點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為16：1，故C錯(cuò)誤，D正確。 4．【答案】A 【解析】電直導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，由于從線圈這面穿過(guò)，又從這面穿出，則穿過(guò)線框的磁感線的條數(shù)為零，磁通量為零，故A正確，BCD錯(cuò)誤。 5．【答案】C 【解析】根據(jù)題意可知，結(jié)合右手螺旋定則可得，線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向垂直向外，而外部則垂直向里，凈磁通量向外，故C正確，D錯(cuò)誤；磁通量可看成穿過(guò)線圈的磁感線

15、條數(shù)，由于線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向垂直向外，而外部則垂直向里，當(dāng)線圈的面積越大時(shí)，則相互抵消的越多，因此穿過(guò)線圈B的磁通量最大，線圈C的磁通量最小，故A、B錯(cuò)誤。 6．【答案】B 【解析】扁圓柱形磁鐵上端為S極，下端為N極，周圍磁感線由上往下斜穿入線框內(nèi)部，而電流的方向是從正極到負(fù)極，即電流方向是向下的，根據(jù)左手定則右邊的線框受到向里的安培力，左邊的導(dǎo)線框受到向外的安培力，所以從俯視的角度上觀察，線框應(yīng)該逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故A、D錯(cuò)，B對(duì)；根據(jù)能量守恒知，電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率與回路中產(chǎn)生的熱量之和，故C錯(cuò)誤。 7．【答案】A 【解析】當(dāng)兩線圈電流相同時(shí)，表現(xiàn)為相互吸引，電

16、流方向相反時(shí)，表現(xiàn)為相互排斥，故當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，兩者相互排斥，電流方向相反，當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，兩者相互吸引，電流方向相同，A正確B錯(cuò)誤；線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對(duì)相互作用力，等大反向，C錯(cuò)誤；靜止時(shí)，線圈II平衡，線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力是一對(duì)平衡力，D錯(cuò)誤． 8．【答案】D 【解析】通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2r，故受到的安培力為F=BIL=2BIr，故選D。 9．【答案】D 【解析】矩形線圈abcd如圖所示放置，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向向左上方，平面水平放置時(shí)通過(guò)線圈的磁通量為Φ1=BSsin30°＝12BS。當(dāng)規(guī)定此時(shí)穿過(guò)線圈為正面，則當(dāng)線圈繞a

17、d軸轉(zhuǎn)90°角時(shí)，穿過(guò)線圈反面，則其的磁通量Φ2=?BScos30°＝?32BS。因此穿過(guò)線圈平面的磁通量的變化量為△Φ＝Φ2?Φ1＝?32BS?12BS＝?3+12BS。故選D。 10．【答案】BC 【解析】加上導(dǎo)線c后，a受到的磁場(chǎng)力如圖所示，a受到的合磁場(chǎng)力仍為F，則受到c給的磁場(chǎng)大小也為F，與b給的磁場(chǎng)力夾角為120°，故合力為Fa=F，因?yàn)閍bc正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，所以c給b的磁場(chǎng)力大小為F，c受到的磁場(chǎng)力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得b受到的磁場(chǎng)力Fb=2Fcos30°=3F，根據(jù)牛頓第三定律可得，c受到的a、b給的磁場(chǎng)力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得Fc=F，BC正確

18、． 二、解答題 11．【解析】(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I（R+r）=U 解得：R=UI-r； (2) 根據(jù)平衡條件，有：mg=2nBIL， 解得：B=mg2nIL。 12．【解析】(1)若磁場(chǎng)方向豎直向上，從a向b觀察，導(dǎo)線受力情況如圖所示，由平衡條件得： 在水平方向上：F-FNsinθ=0 在豎直方向上：mg-FNcosθ=0 其中F=BIL 聯(lián)立以上各式可解得：B=mgtanθIL； (2) 若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則一方面應(yīng)使磁場(chǎng)方向與通電導(dǎo)線垂直，另一方面應(yīng)調(diào)整磁場(chǎng)方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小，如圖所示，由力的矢量三角形討論可知，當(dāng)安培力方向與支持力垂直時(shí)，安培力最小，對(duì)應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，設(shè)其值為Bmin，則： BminIL=mgsinθ， 解得：Bmin=mgsinθIL 根據(jù)左手定則判定知，該磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上。 9