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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第1課時 磁場的描述 磁場對電流的作用課時作業(yè)(含解析)
一、單項選擇題
1.關(guān)于磁感應(yīng)強度B,下列說法中正確的是( )
A.根據(jù)磁感應(yīng)強度定義B=,磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與F成正比,與I成反比
B.磁感應(yīng)強度B是標量,沒有方向
C.磁感應(yīng)強度B是矢量,方向與F的方向相反
D.在確定的磁場中,同一點的磁感應(yīng)強度B是確定的,不同點的磁感應(yīng)強度B可能不同,磁感線密集的地方磁感應(yīng)強度B大些,磁感線稀疏的地方磁感應(yīng)強度B小些
【答案】D
【解析】磁感應(yīng)強度是磁場本身的性質(zhì),與放入磁場中的電流或受力大小F無關(guān),A錯誤;磁感應(yīng)強度B是矢量,其方向與
2、F總是垂直的,電流方向與F也總是垂直的,B、C錯誤;在確定的磁場中,同一點的磁感應(yīng)強度B是確定的,由磁場本身決定,與其他外在的一切因素?zé)o關(guān),用磁感線的疏密程度表示磁場的強弱,D正確.
2.(xx·潮州模擬)在等邊三角形的三個頂點a、b、c處,各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖1所示.過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向( )
圖1
A.與ab邊平行,豎直向上
B.與ab邊平行,豎直向下
C.與ab邊垂直,指向左邊
D.與ab邊垂直,指向右邊
【答案】C
【解析】a處導(dǎo)線在c處產(chǎn)生的磁場B1的方向垂直于ac連線向左下方,b處導(dǎo)線在c處產(chǎn)生的磁場B2的方
3、向垂直于bc連線向右下方.B1和B2的合磁場B的方向豎直向下.由左手定則可判斷出過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向與ab邊垂直,指向左邊.C正確.
3.(xx·惠州三模)如圖2所示,磁場方向豎直向下,通電直導(dǎo)線ab由水平位置1繞a點在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位置2,通電導(dǎo)線所受安培力是( )
圖2
A.?dāng)?shù)值變大,方向不變 B.?dāng)?shù)值變小,方向不變
C.?dāng)?shù)值不變,方向改變 D.?dāng)?shù)值和方向均改變
【答案】B
4.(xx·長沙月考)通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi),L1是固定的,L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心),各自的電流方向如圖3所示.下列哪種情況將會發(fā)生( )
4、
圖3
A.因L2不受磁場力的作用,故L2不動
B.因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡,故L2不動
C.L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動
D.L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動
【答案】D
【解析】由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外,且離導(dǎo)線L1的距離越遠的地方,磁場越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右,由于O點的下方磁場較強,則安培力較大,因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動,D選項正確.
5.如圖4所示,用粗細均勻的電阻絲折成平面梯形框架,ab、cd邊均與ad邊成60°角,ab=bc=cd=L,長度為L的電阻絲電阻為r,框架與一電動勢為E,內(nèi)阻為r的
5、電源相連接,垂直于框架平面有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,則框架受到的安培力的合力大小為( )
圖4
A.0 B.
C. D.
【答案】C
【解析】總電阻R=+r=r總電流I==,梯形框架受到的安培力等效為I通過ad邊時受到的安培力,故F=BI·=BI·2L=,所以C選項正確.
6.物理學(xué)家法拉第在研究電磁學(xué)時,親手做過許多實驗.如圖5所示的實驗就是著名的電磁旋轉(zhuǎn)實驗,這種現(xiàn)象是:如果載流導(dǎo)線附近只有磁鐵的一個極,磁鐵就會圍繞導(dǎo)線旋轉(zhuǎn);反之,載流導(dǎo)線也會圍繞單獨的某一磁極旋轉(zhuǎn).這一裝置實際上就成為最早的電動機.圖中A是可動磁鐵,B是固定導(dǎo)線,C是可動導(dǎo)線,D是固定磁鐵.圖中黑色部
6、分表示汞(磁鐵和導(dǎo)線的下半部分都浸沒在汞中),下部接在電源上.這時自上向下看,A和C的轉(zhuǎn)動方向分別是( )
圖5
A.A順時針,C逆時針
B.A逆時針,C順時針
C.A逆時針,C逆時針
D.A順時針,C順時針
【答案】B
【解析】B導(dǎo)線電流向上,其產(chǎn)生的磁場自上向下看為逆時針方向,故磁鐵A將逆時針轉(zhuǎn)動;由左手定則可知C導(dǎo)線受力為順時針,故順時針轉(zhuǎn)動.
二、雙項選擇題
7.某專家設(shè)計了一種新型電磁船,它不需螺旋槳推進器,航行時平穩(wěn)而無聲,時速可達100英里.這種船的船體上安裝一組強大的超導(dǎo)線圈,在兩側(cè)船舷裝上一對電池,導(dǎo)電的海水在磁場力作用下即會推動船舶前進.如圖6所
7、示是超導(dǎo)電磁船的簡化原理圖,AB和CD是與電池相連的導(dǎo)體,磁場由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生.以下說法正確的是( )
圖6
A.船體向左運動
B.船體向右運動
C.無法斷定船體向哪個方向運動
D.這種新型電磁船會由于良好的動力性能而提高船速
【答案】BD
【解析】導(dǎo)電的海水的電流方向垂直AB方向從CD板流向AB板,海水所受的安培力方向水平向左,故船體上的超導(dǎo)線圈所受的作用力向右,故推動船體向右運動,B、D正確.
8.如圖7所示,一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強度為1 T的勻強磁場中,以導(dǎo)線為中心,半徑為R的圓周上有a、b、c、d四個點,已知c點的實際磁感應(yīng)強度為0,則( )
圖7
8、
A.直導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向里
B.d點的磁感應(yīng)強度為0
C.a(chǎn)點的磁感應(yīng)強度為2 T,方向向右
D.b點的磁感應(yīng)強度為 T,方向斜向右下方
【答案】CD
【解析】c點磁感應(yīng)強度為0,說明通電直導(dǎo)線在c點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為1 T,方向與勻強磁場方向相反.根據(jù)右手螺旋定則可判斷知:通電直導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向外.以通電導(dǎo)線為圓心的圓周上各點磁感應(yīng)強度大小相等.故a點處兩個分磁感應(yīng)強度大小都為1 T,方向都水平向右,故a點合磁感應(yīng)強度大小為2 T,方向水平向右.同理可得,b點磁感應(yīng)強度大小為 T,方向與勻強磁場成45°角斜向右下方;d點磁感應(yīng)強度大小為 T,方向與勻強磁場成45
9、°角斜向右上方,故選CD.
9.兩根長直導(dǎo)線a、b平行放置,如圖8所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖,圖中O點為兩根導(dǎo)線連線ab的中點,M、N為ab的中垂線上的兩點且與a、b等距,兩導(dǎo)線中通有等大、同向的恒定電流,已知直線電流在某點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B的大小跟該點到通電導(dǎo)線的距離r成反比,則下列說法中正確的是( )
圖8
A.M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相同
B.M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相反
C.O點的磁感應(yīng)強度為零
D.若在N點放一小磁針,靜止時其北極沿ON指向O點
【答案】BC
【解析】由安培定則、通電直導(dǎo)線周圍磁場特點及矢量的合成知BM垂直MN向下,B
10、N垂直MN向上,且BM=BN;而O點的磁感應(yīng)強度BO=0,B、C對,A錯;若在N點放一小磁針,靜止時其北極垂直MN向上.
10.質(zhì)量為m的通電細桿置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度為L,桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,有電流通過桿,桿恰好靜止于導(dǎo)軌上.如下列選項所示(截面圖),桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是( )
【答案】CD
【解析】對通電細桿進行受力分析如下:
根據(jù)平衡條件可以判斷出C和D中細桿一定受到摩擦力的作用,C、D正確.
三、非選擇題
11.在傾角θ=30°的斜面上,固定一金屬框架,寬L=0.25 m,接入電動勢E=12 V、內(nèi)阻不計的電源.在框架上放有一根水平的
11、、質(zhì)量m=0.2 kg的金屬棒ab,它與框架的動摩擦因數(shù)為μ=,整個裝置放在磁感應(yīng)強度B=0.8 T的垂直框面向上的勻強磁場中(如圖9所示).當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時,可使金屬棒靜止在框架上?(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,框架與棒的電阻不計,g=10 m/s2)
圖9
【答案】1.6 Ω≤R≤4.8 Ω
【解析】金屬棒靜止在框架上時,摩擦力的方向可能沿框面向上,也可能沿框面向下,須分兩種情況考慮.
當(dāng)滑動變阻器R取值較大時,I較小,安培力F較小,在金屬棒的重力分力mgsin θ作用下,棒有沿框架下滑趨勢,框架對金屬棒的摩擦力沿框面向上(如圖甲所示).金屬棒剛好不下滑
12、時滿足平衡條件
BL+μmgcos θ-mgsin θ=0
得R== Ω=4.8 Ω
當(dāng)滑動變阻器R取值較小時,I較大,安培力F較大,會使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑的趨勢.因此,框架對金屬棒的摩擦力沿框面向下(如圖乙所示).金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件
BL-μmgcos θ-mgsin θ=0
甲 乙
得R==1.6 Ω
所以滑動變阻器R的取值范圍應(yīng)為
1.6 Ω≤R≤4.8 Ω.
12.如圖10所示,PQ和EF為水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,間距為L=1.0 m,導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上,棒的質(zhì)量為m=20 g,棒的中點用細繩經(jīng)輕滑輪與物體c相連,物體c的質(zhì)量M=
13、30 g.在垂直導(dǎo)軌平面方向存在磁感應(yīng)強度B=0.2 T的勻強磁場,磁場方向豎直向上,重力加速度g取10 m/s2.若導(dǎo)軌是粗糙的,且導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力為導(dǎo)體棒ab重力的0.5倍,若要保持物體c靜止不動,應(yīng)該在棒中通入多大的電流?電流的方向如何?
圖10
【答案】1.0 A≤I≤2.0 A 方向由a到b
【解析】因?qū)к壌植?,設(shè)棒和導(dǎo)軌之間的最大靜摩擦力為fm.若BIL>Mg,則靜摩擦力的方向與細繩的拉力方向相同,設(shè)此時電流為I1,則有
BI1L-Mg≤fm=0.5mg,
解得I1≤=2.0 A
若BIL