山東省2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時規(guī)范練28 磁場的描述 磁場對電流的作用 新人教版

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1、課時規(guī)范練28　磁場的描述　磁場對電流的作用 基礎(chǔ)對點(diǎn)練 1.(磁感應(yīng)強(qiáng)度)(2018·安徽蕪湖期末)如圖所示,直角坐標(biāo)系Oxyz處于勻強(qiáng)磁場中,有一條長0.6 m的直導(dǎo)線沿Ox方向通有大小為9 A的電流, 受到的安培力沿Oz方向,大小為2.7 N。則該勻強(qiáng)磁場可能的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為(　　) A.平行于yOz平面,B=0.5 T B.平行于xOz平面,B=1.0 T C.平行于xOy平面,B=0.2 T D.平行于xOy平面,B=1.0 T 答案A 解析根據(jù)左手定則,安培力必須與電流和磁場構(gòu)成的平面,故磁場的方向一定在xOy平面內(nèi);電流和磁場互相垂直的時候,安

2、培力最大,所以最小的磁感應(yīng)強(qiáng)度為:B=T=0.5T,A正確。 2.(磁場的疊加)在地球赤道上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時,用磁傳感器測得赤道上P點(diǎn)地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。將一條形磁鐵固定在P點(diǎn)附近的水平面上,讓N極指向正北方向,如圖所示,此時用磁傳感器測得P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1;現(xiàn)將條形磁鐵以P點(diǎn)為軸心在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°,使其N極指向正東方向,此時用磁傳感器測得P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小應(yīng)為(可認(rèn)為地磁南、北極與地理北、南極重合)(　　) A.B1-B0 B.B1+B0 C. D. 答案D 解析根據(jù)題意,赤道上P點(diǎn)地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,條形磁鐵N極指向正北方向時,條形磁鐵在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁

3、感應(yīng)強(qiáng)度為B=B1-B0;條形磁鐵N極指向正東方向時,其分磁感應(yīng)強(qiáng)度指向正東方向,此時兩個分矢量垂直,故P點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B'=,故選項D正確。 3.(多選)(安培力)(2018·湖北武漢模擬)磁電式電流表的構(gòu)造如圖(a)所示,在蹄形磁鐵的兩極間有一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的線圈,轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布,如圖(b)所示。當(dāng)電流通過線圈時,線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動,螺旋彈簧被扭動,線圈停止轉(zhuǎn)動時滿足NBIS=kθ,式中N為線圈的匝數(shù),S為線圈的面積,I為通過線圈的電流,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,θ為線圈(指針)偏角,k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象,由題中的信息

4、可知(　　) A.該電流表的刻度是均勻的 B.線圈轉(zhuǎn)動過程中受到的安培力的大小不變 C.若線圈中通以如圖(b)所示的電流時,線圈將沿逆時針方向轉(zhuǎn)動 D.更換k值更大的螺旋彈簧,可以增大電流表的靈敏度(靈敏度即) 答案AB 解析磁場是均勻地輻向分布,線圈轉(zhuǎn)動過程中各個位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,螺旋彈簧的彈力與轉(zhuǎn)動角度成正比,故該電流表的刻度是均勻的,故A正確;磁場是均勻地輻向分布,線圈轉(zhuǎn)動過程中各個位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,線圈轉(zhuǎn)動過程中各個位置的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變,故受到的安培力的大小不變,故B正確;若線圈中通以如圖(b)所示的電流時,根據(jù)左手定則,左側(cè)受安培力向上,

5、右側(cè)受安培力向下,故是順時針轉(zhuǎn)動,故C錯誤;更換k值更大的螺旋彈簧,同樣的電流變化導(dǎo)致同樣的安培力變大,但轉(zhuǎn)動角度變化減小了,故靈敏度減小了,故D錯誤;故選AB。 4.(安培力)(2018·海南?？谀M)如圖所示,一個邊長為L的正方形金屬框豎直放置,各邊電阻相同,金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直金屬框平面向里的勻強(qiáng)磁場中。若A、B兩端與導(dǎo)線相連,由A到B通以如圖所示方向的電流(由A點(diǎn)流入,從B點(diǎn)流出),流過AB邊的電流為I,則金屬框受到的安培力大小和方向分別為(　　) A.2BIL　豎直向下 B.BIL　豎直向上 C.BIL　豎直向上 D.BIL　豎直向下 答案B 解析由

6、題圖可知,電流由A點(diǎn)流入,從B點(diǎn)流出,則有A→B和A→D→C→B的電流,而A→D→C→B的電流產(chǎn)生的安培力可等效成DC邊受到的安培力,由于流過AB邊電流為I,根據(jù)電路并聯(lián)特點(diǎn),流過DC邊的電流為I,因此金屬框受到的合安培力為BIL,根據(jù)左手定則,方向豎直向上,故B正確,A、C、D錯誤。 5.(安培力作用下的平衡)(2018·內(nèi)蒙古通遼調(diào)研)如圖所示,兩平行的粗糙金屬導(dǎo)軌水平固定在勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,導(dǎo)軌寬度為L,一端與電源連接。一質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直于平行導(dǎo)軌放置并接觸良好,金屬棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ=,在安培力的作用下,金屬棒以v0的速度向右勻速運(yùn)動,通過改變磁感應(yīng)強(qiáng)度

7、的方向,可使流過導(dǎo)體棒的電流最小,此時磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與豎直方向的夾角為(　　) A.37° B.30° C.45° D.60° 答案B 解析由題意對棒受力分析如圖所示, 設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與豎直方向成θ角,則有BILcosθ=μ(mg-BILsinθ),整理得BIL=。電流有最小值,就相當(dāng)于安培力有最小值,最后由數(shù)學(xué)知識解得:θ=30°,則A、C、D錯,B對。 6.(安培力作用下的平衡)(2018·河南開封質(zhì)檢)如圖所示,PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌,相距L=1 m。P、M間接有一個電動勢為E=6 V、內(nèi)阻不計的電源和一只滑動變阻器,導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌接觸

8、良好,棒的質(zhì)量為m=0.2 kg,棒的中點(diǎn)用垂直棒的細(xì)繩經(jīng)光滑輕質(zhì)定滑輪與物體相連,物體的質(zhì)量M=0.4 kg。棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為μ=0.5(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,導(dǎo)軌與棒的電阻不計,g取10 m/s2),勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,方向豎直向下,為了使物體保持靜止,滑動變阻器連入電路的阻值不可能的是(　　) A.2 Ω B.2.5 Ω C.3 Ω D.4 Ω 答案A 解析對棒受力分析可知,其必受繩的拉力FT=Mg和安培力F安=BIL=。若摩擦力向左,且滿足+μmg=Mg,代入數(shù)據(jù)解得R1=4Ω;若摩擦力向右,且滿足-μmg=Mg,代入數(shù)據(jù)解得R2=2.4Ω,所以R的取

9、值范圍為2.4Ω≤R≤4Ω,故選A。 7.(安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動)(2018·河南新鄉(xiāng)三模)如圖所示,兩個完全相同、所在平面互相垂直的導(dǎo)體圓環(huán)P、Q中間用絕緣細(xì)線連接,通過另一絕緣細(xì)線懸掛在天花板上,當(dāng)P、Q中同時通有圖示方向的恒定電流時,關(guān)于兩線圈的轉(zhuǎn)動(從上向下看)以及細(xì)線中張力的變化,下列說法正確的是(　　) A.P順時針轉(zhuǎn)動,Q逆時針轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動時P與天花板連接的細(xì)線張力不變 B.P逆時針轉(zhuǎn)動,Q順時針轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動時兩細(xì)線張力均不變 C.P、Q均不動,P與天花板連接的細(xì)線和與Q連接的細(xì)線張力均增大 D.P不動,Q逆時針轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動時P、Q間細(xì)線張力不變 答案A 解析根據(jù)安

10、培定則,P產(chǎn)生的磁場的方向垂直于紙面向外,Q產(chǎn)生的磁場水平向右,根據(jù)同名磁極相互排斥的特點(diǎn),從上往下看,P將順時針轉(zhuǎn)動,Q逆時針轉(zhuǎn)動;轉(zhuǎn)動后P、Q兩環(huán)的電流的方向相反,兩環(huán)靠近部分的電流方向相同,所以兩個線圈相互吸引,細(xì)線張力減小。由整體法可知,P與天花板連接的細(xì)線張力總等于兩環(huán)的重力之和,大小不變;故A正確,BCD錯誤。故選A。 素養(yǎng)綜合練 8.(2018·河南周口模擬)在電場中我們已經(jīng)學(xué)過,三個點(diǎn)電荷在同一條直線上均處于平衡狀態(tài)時,一定滿足“兩同夾一異,兩大夾一小,近小遠(yuǎn)大”。仿造上面的規(guī)律,假設(shè)有三根相同的通電長直導(dǎo)線平行放在光滑水平地面上的A、B、C三個位置并處于靜止?fàn)顟B(tài),

11、截面如圖所示。已知AB=BC,直線電流在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式為B=k,其中k是常數(shù),I是導(dǎo)線中電流的大小,r是某點(diǎn)到導(dǎo)線的距離,關(guān)于三根導(dǎo)線中的電流方向和電流大小的比例關(guān)系,正確的是(　　) A.A、B中電流方向一定相同 B.A、C中電流方向一定相反 C.三根導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度之比為4∶1∶4 D.三根導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度之比為2∶1∶2 答案D 解析根據(jù)三點(diǎn)電荷在同一條直線上均處于平衡狀態(tài)時,一定滿足“兩同夾一異,兩大夾一小,近小遠(yuǎn)大”的原理,那么三個通電直導(dǎo)線,要使各自處于平衡狀態(tài),那么也必須滿足各自受力平衡,根據(jù)安培定則與左手定則,可知,同向電流相互吸引的,而異向電流相互

12、排斥的;因此A、B中電流方向一定相反,而A、C中電流方向一定相同,故AB錯誤;根據(jù)直線電流在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式為B=k,及AB=BC,同時依據(jù)矢量的合成法則,那么A與C的電流大小必須相等,由于電流與間距成正比,因此A與C的電流是B電流的2倍,故C錯誤,D正確;故選D。 9.(多選)(2018·山東泰安期末)已知通電長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足B=k(其中k為比例系數(shù),I為電流強(qiáng)度,r為該點(diǎn)到直導(dǎo)線的距離)。現(xiàn)有四根平行的通電長直導(dǎo)線,其橫截面恰好在一個邊長為L的正方形的四個頂點(diǎn)上,電流方向如圖,其中A、C導(dǎo)線中的電流大小為I1,B、D導(dǎo)線中的電流大小為I2。已知A

13、導(dǎo)線所受的磁場力恰好為零,則下列說法正確的是(　　) A.電流的大小關(guān)系為I1=2I2 B.四根導(dǎo)線所受的磁場力為零 C.正方形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D.若移走A導(dǎo)線,則中心O處的磁場將沿OB方向 答案ACD 解析導(dǎo)線BCD在導(dǎo)線A處的產(chǎn)生的磁場如圖所示: 根據(jù)題意A導(dǎo)線的磁場力為零,則A處的合磁場為零,即:=k,則:I1=2I2,故選項A正確;同理將各點(diǎn)的磁場都畫出來,可以判斷B、D導(dǎo)線處的合磁場不為零,故磁場力不為零,故選項B錯誤;將各導(dǎo)線在O點(diǎn)的磁場畫出,如圖所示: 由于A、C導(dǎo)線電流相等而且距離O點(diǎn)距離相等,則BA'=BC' 同理:BB'=BD',即正方形

14、中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,故選項C正確;若移走A導(dǎo)線,則磁場BA'不存在,由于BB'=BD',則此時在O點(diǎn)的磁場只剩下導(dǎo)線C的磁場,而且導(dǎo)線C點(diǎn)磁場方向沿OB方向,即中心O處的磁場將沿OB方向,故選項D正確。 10.(2018·山東濟(jì)南模擬)如圖所示,金屬梯形框架導(dǎo)軌放置在豎直平面內(nèi),頂角為θ,底邊ab長為l,垂直于梯形平面有一個磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。在導(dǎo)軌上端再放置一根水平金屬棒cd,其質(zhì)量為m,導(dǎo)軌上接有電源,使abcd構(gòu)成回路,回路電流恒為I,cd棒恰好靜止。已知金屬棒和導(dǎo)軌之間接觸良好,不計摩擦阻力,重力加速度為g,求: (1)cd棒所受的安培力; (2)cd棒與ab

15、邊之間高度差h。 答案(1)Fcd=mg,方向豎直向上　(2) 解析(1)由平衡條件知,Fcd=mg。 (2)設(shè)金屬棒的長度為d,則BId=mg,可得d= 設(shè)ab邊與O點(diǎn)的垂直距離為H 由幾何關(guān)系知, 解得:H= 在三角形Oab中,tan 聯(lián)立解得h=。 11.音圈電機(jī)是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動機(jī),如圖是某音圈電機(jī)的原理示意圖,它由一對正對的磁極和一個正方形剛性線圈構(gòu)成,線圈邊長為L,匝數(shù)為n,磁極正對區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于線圈平面豎直向下,大小為B,區(qū)域外的磁場忽略不計。線圈左邊始終在磁場外,右邊始終在磁場內(nèi),前后兩邊在磁場內(nèi)的長度始終相等,某時刻線圈中電

16、流從P流向Q,大小為I。 (1)求此時線圈所受安培力的大小和方向; (2)若此時線圈水平向右運(yùn)動的速度大小為v,求安培力的功率。 答案(1)nBIL　方向水平向右　(2)nBILv 解析(1)線圈前后兩邊所受安培力的合力為零,線圈所受的安培力即為右邊所受的安培力,由安培力公式得F=nBIL① 由左手定則知方向水平向右 (2)安培力的功率為P=F·v② 聯(lián)立①②式解得P=nBILv 12.(2017·天津理綜)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意如圖,圖中直流電源電動勢為E,電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的

17、光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l,電阻不計。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開關(guān)S接1,使電容器完全充電。然后將S接至2,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出),MN開始向右加速運(yùn)動。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時,回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度,之后離開導(dǎo)軌。問: (1)磁場的方向; (2)MN剛開始運(yùn)動時加速度a的大小; (3)MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。 答案(1)垂直于導(dǎo)軌平面向下　(2)　(3) 解析(1)由題意可知,MN所受安培力可以使其水平向右運(yùn)

18、動,故安培力方向?yàn)樗较蛴?而MN中的電流方向?yàn)閺腗到N,因此,根據(jù)左手定則可判斷磁場方向?yàn)榇怪庇趯?dǎo)軌平面向下。 (2)電容器完全充電后,兩極板間電壓為E,當(dāng)開關(guān)S接2時,電容器放電,設(shè)剛放電時流經(jīng)MN的電流為I,有I=① 設(shè)MN受到的安培力為F,有F=IlB② 由牛頓第二定律,有F=ma③ 聯(lián)立①②③式得a=④ (3)當(dāng)電容器充電完畢時,設(shè)電容器上電荷量為Q0,有Q0=CE⑤ 開關(guān)S接2后,MN開始向右加速運(yùn)動,速度達(dá)到最大值vmax時,設(shè)MN上的感應(yīng)電動勢為E',有E'=Blvmax⑥ 依題意有E'=⑦ 設(shè)在此過程中MN的平均電流為,MN上受到的平均安培力為,有l(wèi)B⑧ 由動量定理,有Δt=mvmax-0⑨ 又Δt=Q0-Q⑩ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得Q= 11