（全國(guó)通用版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 課時(shí)分層作業(yè) 二十五 9.1 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用.doc

課時(shí)分層作業(yè) 二十五磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用 (45分鐘　100分) 【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)題組】 一、選擇題(本題共10小題,每小題6分,共60分。1～6題為單選題,7～10題為多選題) 1.(2016北京高考)中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。”進(jìn)一步研究表明,地球周圍地磁場(chǎng)的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料,下列說(shuō)法不正確的是 (　　) A.地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合 B.地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng),地磁南極在地理北極附近 C.地球表面任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行 D.地磁場(chǎng)對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用 【解析】選C。地理南、北極與地磁場(chǎng)存在一個(gè)夾角,稱為磁偏角,故地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合,A正確;地磁南極在地理的北極附近,地磁北極在地理南極附近,B正確;由于地磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向沿該點(diǎn)的磁感線切線方向,故只有赤道處磁場(chǎng)方向與地面平行,C錯(cuò)誤;在赤道處磁場(chǎng)方向水平,而射線是帶電的粒子,運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場(chǎng)方向,根據(jù)左手定則可得射向赤道的帶電宇宙射線粒子受到洛倫茲力的作用,D正確。 2.下面的幾個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力,其中正確的是 (　　) 【解析】選C。磁場(chǎng)向上,電流向里,根據(jù)左手定則可得,安培力的方向水平向右,所以A錯(cuò)誤;磁場(chǎng)向左,電流向外,根據(jù)左手定則可得,安培力的方向向下,所以B錯(cuò)誤;磁場(chǎng)向里,電流向左,根據(jù)左手定則可得,安培力的方向向下,所以C正確;磁場(chǎng)向外,電流向外,它們的方向相同,不受安培力的作用,所以D錯(cuò)誤。 3.三根平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線,分別垂直地通過(guò)一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),三導(dǎo)線中電流方向相同,A、B兩導(dǎo)線中的電流大小相同,如圖所示,已知導(dǎo)線A在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)線C在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B,則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?yàn)?(　　) A.大小為B,方向沿OA方向 B.大小為2B,方向豎直向下 C.大小為2B,方向沿OB方向 D.大小為2B,方向沿OA方向 【解析】選D。由安培定則知導(dǎo)線A、B在O處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反,相互抵消,所以O(shè)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度即為導(dǎo)線C所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度,即大小為2B,由安培定則可判定其方向沿OA方向,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。 4.如圖所示,a、b兩根垂直紙面的直導(dǎo)線通有等值的電流,兩導(dǎo)線旁有一點(diǎn)P,P點(diǎn)到a、b距離相等,關(guān)于P點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,以下判斷正確的是 (　　) A.a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里,則P點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向右 B.a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里,則P點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向左 C.a中電流方向向紙里,b中電流方向向紙外,則P點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向右 D.a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙外,則P點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向左 【解析】選A。若a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里,根據(jù)安培定則判斷可知:a在P處產(chǎn)生的磁場(chǎng)Ba方向垂直于aP連線斜向上,如圖所示。b在P處產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bb方向垂直于bP連線斜向下,根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行合成,P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右。故A正確,B錯(cuò)誤。若a中電流方向向紙里,b中電流方向向紙外,則可得P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向左。故C錯(cuò)誤。若a、b中電流方向均向紙外,同理可知,P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向上。故D錯(cuò)誤。 【加固訓(xùn)練】 如圖所示,兩根水平放置且相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1與 I2。且I1>I2,與兩根導(dǎo)線垂直的同一平面內(nèi)有a、b、c、d四點(diǎn),a、b、c在兩根 導(dǎo)線的水平連線上且間距相等,b是兩根導(dǎo)線連線的中點(diǎn),b、d連線與兩根導(dǎo)線連線垂直。則 (　　) A.I2受到的安培力水平向左 B.b點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 C.d點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向必定豎直向下 D.a點(diǎn)和c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不可能都為零 【解析】選D。電流I1在I2處的磁場(chǎng)方向豎直向下,根據(jù)左手定則可知,I2受到的安培力的方向水平向右,故A錯(cuò)誤;電流I1與I2在b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同,合磁場(chǎng)方向向下,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度不等于零,故B錯(cuò)誤;兩根水平放置且相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反,大小相等的電流I1與I2時(shí),d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是豎直向下,當(dāng)兩個(gè)電流的大小不相等時(shí),d點(diǎn)的合磁場(chǎng)方向不是豎直向下,故C錯(cuò)誤;電流I1的大小比電流I2的大,則c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能等于零,a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不可能等于零,故D正確。 5.如圖所示,把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方,導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí),導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看) (　　) A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降 B.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升 C.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降 D.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升 【解析】選A。 如圖甲所示,把直線電流等效為無(wú)數(shù)小段,中間的點(diǎn)為O點(diǎn),選擇在O點(diǎn)左側(cè)S極右上方的一小段為研究對(duì)象,該處的磁場(chǎng)方向指向左下方,由左手定則判斷,該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里,在O點(diǎn)左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力,把各段電流元受到的力合成,則O點(diǎn)左側(cè)導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力;同理判斷出O點(diǎn)右側(cè)的導(dǎo)線受到垂直紙面向外的安培力。因此,由上向下看,導(dǎo)線沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)的情形,如圖乙所示,導(dǎo)線中的電流向外,由左手定則可知,導(dǎo)線受到向下的安培力。由以上分析可知,導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。選項(xiàng)A正確。 6.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(dòng)(O為L(zhǎng)2的中心),各自的電流方向如圖所示。下列哪種情況將會(huì)發(fā)生 (　　) A.因L2不受磁場(chǎng)力的作用,故L2不動(dòng) B.因L2上、下兩部分所受的磁場(chǎng)力平衡,故L2不動(dòng) C.L2繞軸O按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) D.L2繞軸O按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下幾點(diǎn): (1)特點(diǎn):本題屬于判斷導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)情況的問(wèn)題。 (2)方法:先明確磁場(chǎng)的強(qiáng)弱、方向情況,然后判斷導(dǎo)體各處受力的大小、方向情況,最后判斷導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況。 (3)拓展:若撤去轉(zhuǎn)軸O,L2轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)遠(yuǎn)離L1。 【解析】選D。由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1上方的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?且離導(dǎo)線L1越遠(yuǎn)的地方,磁場(chǎng)越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向均為水平向右,由于O點(diǎn)下方的磁場(chǎng)較強(qiáng),則所受安培力較大,因此L2繞軸O按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),D正確。 7.如圖所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直斜面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒,當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí),欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,可加一平行于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是 (　　) A.此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B逐漸增大 B.此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B先減小后增大 C.此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為 D.此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為 【解析】選A、C。導(dǎo)體棒受重力、支持力和安培力作用而處于平衡狀態(tài),當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中,安培力由沿斜面向上轉(zhuǎn)至豎直向上,可知安培力逐漸增大,即此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B逐漸增大,A正確,B錯(cuò)誤;剛開始安培力F最小,有sinα=,所以此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為,C正確;最后安培力最大,有F=mg,即此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為,D錯(cuò)誤。 8.如圖所示,臺(tái)秤上放一光滑平板,其左邊固定一擋板,一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來(lái),此時(shí)臺(tái)秤讀數(shù)為F1,現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置固定一導(dǎo)體棒,當(dāng)導(dǎo)體棒中通以方向如圖所示的電流后,臺(tái)秤讀數(shù)為F2,則以下說(shuō)法正確的是 (　　) A.彈簧長(zhǎng)度將變長(zhǎng)　　　 B.彈簧長(zhǎng)度將變短 C.F1>F2 D.F1<F2 【解析】選B、C。如圖甲所示,導(dǎo)體棒處的磁場(chǎng)方向指向右上方,根據(jù)左手定則可知,導(dǎo)體棒受到的安培力方向垂直于磁場(chǎng)方向指向右下方,根據(jù)牛頓第三定律,對(duì)條形磁鐵受力分析,如圖乙所示,所以FN1>FN2,即臺(tái)秤示數(shù)F1>F2,在水平方向上,由于F′有向左的分力,磁鐵壓縮彈簧,所以彈簧長(zhǎng)度變短。 9.一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí),從左向右看,則線圈L1將不會(huì)出現(xiàn)的是 (　　) A.不動(dòng)　　　　　　 B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.在紙面內(nèi)平動(dòng) 【解析】選A、C、D。方法一(電流元分析法):把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分,每一部分又可以看成無(wú)數(shù)段直線電流元,電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場(chǎng)方向向上,由左手定則可得,上半部分電流元所受安培力均指向紙外,下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi),因此從左向右看線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 方法二(等效分析法):把線圈L1等效為小磁針,該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心,小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場(chǎng)方向,由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心處豎直向上,而L1等效成小磁針后,轉(zhuǎn)動(dòng)前,N極指向紙內(nèi),因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上,所以從左向右看,線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 方法三(利用結(jié)論法):環(huán)形電流I1、I2之間不平行,則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),直到兩環(huán)形電流同向平行為止,據(jù)此可得,從左向右看,線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 10.如圖所示,固定不動(dòng)的絕緣直導(dǎo)線mn和可以自由移動(dòng)的矩形線框abcd位于同一平面內(nèi),mn與ad、bc邊平行且離ad邊較近。當(dāng)導(dǎo)線mn中通以方向向上的電流,線框中通以順時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí),線框的運(yùn)動(dòng)情況不正確的是 (　　) A.向左運(yùn)動(dòng)　　　　　　 B.向右運(yùn)動(dòng) C.以mn為軸轉(zhuǎn)動(dòng) D.靜止不動(dòng) 【解析】選A、C、D。以mn為研究對(duì)象,線框內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,由左手定則知導(dǎo)線mn受向左的安培力,由牛頓第三定律可知線框受到向右的作用力,故線框向右運(yùn)動(dòng),B正確。 二、計(jì)算題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 11.如圖所示,MN是一根長(zhǎng)為l=10 cm,質(zhì)量m=50 g 的金屬棒,用兩根長(zhǎng)度也為l的細(xì)軟導(dǎo)線將導(dǎo)體棒MN水平吊起,使導(dǎo)體棒處在B= T的豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,未通電流時(shí),細(xì)導(dǎo)線在豎直方向,通入恒定電流后,金屬棒向外偏轉(zhuǎn)的最大偏角θ=37,求金屬棒中恒定電流的大小。(sin37=0.6,cos37=0.8) 【解析】金屬棒向外偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中,受重力mg、導(dǎo)線拉力FT、安培力F共三個(gè)力的作用,其中導(dǎo)線的拉力不做功,由動(dòng)能定理得:WF+WG=0 其中WF=Flsinθ=BIl2sinθ, WG=-mgl(1-cosθ) 金屬棒中的電流為I= 解得:I=5 A 答案:5 A 【加固訓(xùn)練】 如圖所示,U形金屬導(dǎo)軌與水平面成30角放置,空間有與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=610-2 T,兩平行導(dǎo)軌相距L=0.1 m,一質(zhì)量m=0.01 kg,電阻R=0.2 Ω的導(dǎo)體棒ab擱在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌串聯(lián)的電源電動(dòng)勢(shì)E=3 V,內(nèi)阻r=0.1 Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì),導(dǎo)軌與導(dǎo)體無(wú)摩擦。求導(dǎo)體棒剛釋放時(shí)的加速度。 【解析】首先進(jìn)行受力分析,特別是安培力的方向應(yīng)該平行于斜面向上,受力分析如圖所示 分析:在沿斜面的方向上有: BIL-mgsinθ=ma　又因E=IR, 代入數(shù)據(jù)得:a=1 m/s2 方向沿斜面向上。 答案:1 m/s2,方向沿斜面向上 【能力拔高題組】 1.(8分)質(zhì)量為m,長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻金屬棒通過(guò)兩根細(xì)金屬絲懸掛在絕緣架P、Q上后,再由金屬絲與已充電的電容器C和開關(guān)S相連,如圖所示,電容器電容為C,充電電壓為U1,整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)接通S,使電容器放電極短時(shí)間后又?jǐn)嚅_S,電容器剩余電壓U2,求金屬棒能擺起的最大高度。(金屬絲質(zhì)量不計(jì),棒最大擺角小于90) 【解析】設(shè)電容器放電的極短時(shí)間為Δt。 則IΔt=CU1-CU2 對(duì)棒在Δt內(nèi),根據(jù)動(dòng)量定理有: BILΔt=mv得v= 對(duì)棒擺起的過(guò)程,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有: mv2=mgH得H= 答案: 2.(17分)在傾角為α的光滑斜面上置一通有電流I,長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒,如圖所示。求: (1)欲使棒靜止在斜面上,外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值和方向。 (2)欲使棒靜止在斜面上且對(duì)斜面無(wú)壓力,外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。 (3)若使棒靜止在斜面上且要求B垂直于L,可加外磁場(chǎng)的方向范圍。 【解析】此題屬于電磁學(xué)和靜力學(xué)綜合題,研究對(duì)象為通電導(dǎo)體棒,所受的力有重力mg、彈力FN、安培力F,屬于三個(gè)共點(diǎn)力平衡問(wèn)題。 棒受的重力mg,方向豎直向下,彈力垂直于斜面,大小隨磁場(chǎng)力的變化而變化;磁場(chǎng)力始終與磁場(chǎng)方向及電流方向垂直,大小隨磁場(chǎng)方向不同而變化。 (1)由平衡條件可知:斜面的彈力和磁場(chǎng)力的合 力必與重力mg等大、反向,故當(dāng)磁場(chǎng)力與彈力方向垂直即沿斜面向上時(shí),安培力大小最小由平衡條件知B=,所以,由左手定則可知B的方向應(yīng)垂直于斜面向上。 (2)棒靜止在斜面上,又對(duì)斜面無(wú)壓力,則棒只受兩個(gè)力作用,即豎直向下的重力 mg和磁場(chǎng)力F作用,由平衡條件可知F=mg,且磁場(chǎng)力F豎直向上,故B=,由左 手定則可知B的方向水平向左。 (3)此問(wèn)的討論只是問(wèn)題的可能性,并不需要具體研究滿足平衡的定量關(guān)系,為了討論問(wèn)題的方便,建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。欲使棒有可能平衡,安培力F的方向需限定在mg和FN的反向延長(zhǎng)線F2和F1之間。由圖不難看出,F的方向應(yīng)包括F2的方向,但不包括F1的方向,根據(jù)左手定則,B與+x的夾角θ應(yīng)滿足α<θ≤π。 答案:(1)　方向垂直于斜面向上 (2)　 方向水平向左　(3)α<θ≤π