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1、
寒假訓練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力
1.【2018年南昌二中高三上學期第四次月考】兩個相同的全長電阻為9 Ω、半徑為8 cm的均勻光滑圓環(huán)固定在一個絕緣的水平臺面上,兩環(huán)分別在兩個互相平行的、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強度T的勻強磁場(未畫出),兩環(huán)的最高點A和C間接有一內(nèi)阻為0.5 Ω的電源,連接的導線的電阻不計?,F(xiàn)有一根質(zhì)量為10 g、電阻為1.5 Ω的導體棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可沿環(huán)滑動,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P、Q和圓弧最低點間所夾的弧對應的圓心角均為θ=60°,重力加速度g取10 m/s2。
2、
(1)求此電源電動勢E的大?。?
(2)若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢E的大小為2 V的電源,其他條件不變,現(xiàn)將棒從圓環(huán)最低點靜止釋放,問:棒經(jīng)過P、Q點時對兩環(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)作體高三上學期9月聯(lián)考】物理學的發(fā)展極大地豐富了人類對物質(zhì)世界的認識,推動了科學技術(shù)的創(chuàng)新和革命,促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步。關(guān)于物理學發(fā)展過程中的認識,下列說法不正確的是( )
A.法拉第創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”
B.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應
C.自然
3、界的電荷只有兩種,庫侖把它們命名為正電荷和負電荷
D.牛頓進行了“月—地檢驗”,得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論
2.【2018年臺州中學高二上學期月考】關(guān)于磁感應強度,下列說法正確的是( )
A.磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的,其大小和方向是唯一確定的,與通電導線無關(guān)
B.通電導線受安培力不為零的地方一定存在磁場,通電導線不受安培力的地方一定不存在磁場
C.人們通常用通電導線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱,如果將這根通電導線拿走,那該點的磁感應強度就變?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高三上學期第二次聯(lián)考】
4、(多選)無限長通電直導線在周圍某一點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度B的大小與電流成正比,與導線到這一點的距離成反比,即(式中k為常數(shù))。如圖所示,兩根相距L的無限長直導線分別通有電流I和3I,在兩根導線的連線上有a、b兩點,a點為兩根直導線連線的中點,b點距導線I的距離為L。下列說法正確的是( )
A.a(chǎn)點和b點的磁感應強度方向相同
B.a(chǎn)點和b點的磁感應強度方向相反
C.a(chǎn)點和b點的磁感應強度大小之比為8 : 1
D.a(chǎn)點和b點的磁感應強度大小之比為16 : 1
4.【2018年贛州高二月考】如圖所示,ab是水平面上一個圓的直徑,在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導線ef,已知ef平行于ab
5、,當ef豎直向上平移時,電流產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將( )
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.穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向外的
D.穿過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】將圓柱形強磁鐵吸在干電池的負極,強磁鐵的S極朝上N極朝下,金屬導線折成上端有一支點,下端開口的導線框,使導線框
6、的頂端支點和底端分別與電源的正極和磁鐵都接觸良好但不固定,這樣整個線框就可以繞電池旋轉(zhuǎn)起來。下列判斷正確的是( )
A.線框能旋轉(zhuǎn)起來,是因為慣性
B.俯視觀察,線框沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)
C.電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率
D.導線框?qū)⑸舷抡駝?
7.【2018年浙江省高三上學期11月選考】電流天平是一種測量磁場力的裝置,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置于天平托盤上。當兩線圈均無電流通過時,天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是( )
A.當天平示數(shù)為負時,兩線圈電流方向相同
B.當天平示數(shù)為正時,兩線圈電流方向相同
C.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大
7、于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力
D.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力
8.【2018年安慶市高三上學期五校聯(lián)考】如圖所示,磁感應強度大小為B的勻強磁場方向斜向右上方,與水平方向所夾的銳角為45°。將一個金屬圓環(huán)ab置于磁場中,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。當圓環(huán)中通以電流I時,圓環(huán)受到的安培力大小為( )
A.2BIr B. C.BIr D.
9.【2018年長安區(qū)第一中學高二上學期期中】如圖所示,一水平放置的N匝矩形線框面積為S,勻強磁場的磁感應強度為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年汕頭市金山中學高二上學期期中】(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。兩根通電長直導線a、b平行水平放置,a、b中的電流強度均為I,此時a受到的磁場力大小為F。當在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導線c后,a受到的磁場力大小仍為F,圖中abc正好構(gòu)成一個等邊三角形,則此時( )
A.b受到的磁場力大小為F
B.b受到的磁場力大小為
C.c受到的磁場力
9、大小為F
D.c受到的磁場力大小為
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,可以用來測量勻強磁場的磁感應強度,它的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)為n,線圈的水平邊長為L,處于勻強磁場內(nèi),勻強磁場的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時,調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡,然后使電流反向,大小不變,這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼,才能使兩臂再次達到新的平衡。
(1)若線圈串聯(lián)一個電阻R連接到電壓為U的穩(wěn)定電源上,已知線圈電阻為r,當線圈中通過電流I時,請用題給的物理量符號表示出電阻R的大小;
(2)請用重力加速度g和n、m、L、I導出B的表達式。
10、
12.【龍泉中學2018年高二月考】如圖所示,通電直導線ab質(zhì)量為m、長為L,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,電流強度為I,要求導線ab靜止在斜面上。
(1)若磁場的方向豎直向上,則磁感應強度的大小如何?
(2)若要求磁感應強度最小,則磁感應強度的方向和大小如何?
寒假訓練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力
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)若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢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P、Q點時的速度為v,則F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2
解得:v=1.6m/s;
棒在經(jīng)過P、Q點時,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應該關(guān)于平衡位置對稱,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】法拉第認為電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場,并創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”,A正確;奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在著磁場,B正確;自然界中有兩種電荷,但不是庫侖命名的,C錯誤;牛頓進行了“月-地檢驗”,得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論,D正確.
2.【答案】A
【解析】磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的,其大小和方向是唯一確定的,與通電導線無關(guān),人們通常用通電導線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱,如果將這
13、根通電導線拿走,那該點的磁感應強度仍然是不變的,選項A正確,C錯誤;通電導線受安培力不為零的地方一定存在磁場,通電導線不受安培力的地方也可能存在磁場,例如當導線和磁場方向平行時,導線受磁場力為零,選項B錯誤;磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的,與導線所受的安培力F和IL無關(guān),選項D錯誤。
3.【答案】AD
【解析】根據(jù)右手螺旋法則,導線周圍的磁場的磁感線,是圍繞導線形成的同心圓,3I導線與I導線在a處的磁感應強度方向都向下,則合磁感應強度方向向下的;由B=kIL 3I導線在b處的磁感應強度方向向下,而I導線在b處的磁感應強度方向向上,因3I導線產(chǎn)生的磁場較大,則合磁感應強度方向向下,
14、因此a點和b點的磁感應強度方向相同,故A正確,B錯誤;3I導線與I導線在a處的磁感應強度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL,而3I導線與I導線在b處的磁感應強度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L,則a點和b點的磁感應強度大小之比為16:1,故C錯誤,D正確。
4.【答案】A
【解析】電直導線產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,由于從線圈這面穿過,又從這面穿出,則穿過線框的磁感線的條數(shù)為零,磁通量為零,故A正確,BCD錯誤。
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)生的磁場的磁場方向垂直向外,而外部則垂直向里,凈磁通量向外,故C正確,D錯誤;磁通量可看成穿過線圈的磁感線
15、條數(shù),由于線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外,而外部則垂直向里,當線圈的面積越大時,則相互抵消的越多,因此穿過線圈B的磁通量最大,線圈C的磁通量最小,故A、B錯誤。
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,左邊的導線框受到向外的安培力,所以從俯視的角度上觀察,線框應該逆時針旋轉(zhuǎn),故A、D錯,B對;根據(jù)能量守恒知,電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率與回路中產(chǎn)生的熱量之和,故C錯誤。
7.【答案】A
【解析】當兩線圈電流相同時,表現(xiàn)為相互吸引,電
16、流方向相反時,表現(xiàn)為相互排斥,故當天平示數(shù)為正時,兩者相互排斥,電流方向相反,當天平示數(shù)為負時,兩者相互吸引,電流方向相同,A正確B錯誤;線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對相互作用力,等大反向,C錯誤;靜止時,線圈II平衡,線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對平衡力,D錯誤.
8.【答案】D
【解析】通電導線的有效長度為L=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,勻強磁場方向向左上方,平面水平放置時通過線圈的磁通量為Φ1=BSsin30°=12BS。當規(guī)定此時穿過線圈為正面,則當線圈繞a
17、d軸轉(zhuǎn)90°角時,穿過線圈反面,則其的磁通量Φ2=?BScos30°=?32BS。因此穿過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】加上導線c后,a受到的磁場力如圖所示,a受到的合磁場力仍為F,則受到c給的磁場大小也為F,與b給的磁場力夾角為120°,故合力為Fa=F,因為abc正好構(gòu)成一個等邊三角形,所以c給b的磁場力大小為F,c受到的磁場力如圖所示,根據(jù)平行四邊形定則可得b受到的磁場力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)若磁場方向豎直向上,從a向b觀察,導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) 若要求磁感應強度最小,則一方面應使磁場方向與通電導線垂直,另一方面應調(diào)整磁場方向使與重力、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,當安培力方向與支持力垂直時,安培力最小,對應磁感應強度最小,設(shè)其值為Bmin,則:
BminIL=mgsinθ,
解得:Bmin=mgsinθIL
根據(jù)左手定則判定知,該磁場方向垂直于斜面向上。
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