(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(二十八)磁場的描述 磁場對電流的作用(含解析)

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1、課時(shí)跟蹤檢測(二十八) 磁場的描述 磁場對電流的作用 [A級——基礎(chǔ)小題練熟練快] 1.(2019·安徽江南十校聯(lián)考)中國宋代科學(xué)家沈括在公元1086年寫的《夢溪筆談》中最早記載了“方家(術(shù)士)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,地球周圍地磁場的磁感線分布如圖所示,結(jié)合上述材料,下列說法正確的是(  ) A.在地磁場的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫北極,指北的磁極叫南極 B.對垂直射向地球表面宇宙射線中的高能帶電粒子,在南、北極所受阻擋作用最弱,赤道附近最強(qiáng) C.形成地磁場的原因可能是帶正電的地球自轉(zhuǎn)引起的 D.由于地磁場的影響,在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效

2、應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,通電導(dǎo)線應(yīng)相對水平地面豎直放置 解析:選B 地球內(nèi)部存在磁場,地磁南極在地理北極附近,所以在地磁場的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫南極,指北的磁極叫北極,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在地球的南北極地磁場的方向幾乎與地面垂直,對垂直射向地球表面宇宙射線中的高能帶電粒子,在南、北極所受阻擋作用最弱,赤道附近的磁場方向與地面平行,則高能粒子所受的磁場力最大,選項(xiàng)B正確;地球自轉(zhuǎn)方向自西向東,地球的南極是地磁場的北極,由安培定則判斷可能地球是帶負(fù)電的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,若通電導(dǎo)線相對水平地面豎直放置,地磁場方向與導(dǎo)線電流的方向垂直,則根據(jù)安培定則可知,地磁場對實(shí)驗(yàn)的影響較大,故

3、在進(jìn)行奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí),通電導(dǎo)線南北放置時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最明顯,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2.(多選)如圖所示,關(guān)于磁鐵、電流間的相互作用,下列說法正確的是(  ) A.甲圖中,電流不產(chǎn)生磁場,電流對小磁針力的作用是通過小磁針的磁場發(fā)生的 B.乙圖中,磁鐵對通電導(dǎo)線的力的作用是通過磁鐵的磁場發(fā)生的 C.丙圖中電流間的相互作用是通過電流的磁場發(fā)生的 D.丙圖中電流間的相互作用是通過電荷的電場發(fā)生的 解析:選BC 甲圖中,電流對小磁針力的作用是通過電流的磁場發(fā)生的;乙圖中,磁鐵對通電導(dǎo)線力的作用是通過磁鐵的磁場發(fā)生的;丙圖中,電流對另一個(gè)電流力的作用是通過該電流的磁場發(fā)生的。綜上所述,B、C正確。

4、 3.(2018·溫州八校聯(lián)考)阿明有一個(gè)磁浮玩具,其原理是利用電磁鐵產(chǎn)生磁性,讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,其構(gòu)造如圖所示。若圖中電源的電壓固定,可變電阻為一可以隨意改變電阻大小的裝置,則下列敘述正確的是(  ) A.電路中的電源必須是交流電源 B.電路中的a端點(diǎn)須連接直流電源的負(fù)極 C.若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),可增加玩偶飄浮的最大高度 D.若將可變電阻的電阻值調(diào)大,可增加玩偶飄浮的最大高度 解析:選C 電磁鐵產(chǎn)生磁性,使玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,電路中的電源必須是直流電源,電路中的a端點(diǎn)須連接直流電源的正極,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),電磁鐵產(chǎn)生的磁性更強(qiáng),電磁鐵對玩

5、偶的磁力增強(qiáng),可增加玩偶飄浮的最大高度,選項(xiàng)C正確;若將可變電阻的電阻值調(diào)大,電磁鐵中電流減小,產(chǎn)生的磁性變?nèi)?,則降低玩偶飄浮的最大高度,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 4.(2019·衡水調(diào)研)一通電直導(dǎo)線與x軸平行放置,勻強(qiáng)磁場的方向與xOy坐標(biāo)平面平行,導(dǎo)線受到的安培力為F。若將該導(dǎo)線做成圓環(huán),放置在xOy坐標(biāo)平面內(nèi),如圖所示,并保持通電的電流不變,兩端點(diǎn)ab連線也與x軸平行,則圓環(huán)受到的安培力大小為(  ) A.F          B.F C.F D.F 解析:選C 根據(jù)安培力公式,安培力F與導(dǎo)線長度L成正比;若將該導(dǎo)線做成圓環(huán),由L=×2πR,解得圓環(huán)的半徑R=,圓環(huán)ab兩點(diǎn)之間的距離L′

6、=R=。由=解得:F′=F,選項(xiàng)C正確。 5.如圖所示,無限長導(dǎo)線,均通以恒定電流I,直線部分和坐標(biāo)軸接近重合,彎曲部分是以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心的相同半徑的一段圓弧,已知直線部分在原點(diǎn)O處不形成磁場,在第一象限圓弧電流在原點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)在原點(diǎn)O處放一小段與x軸重合的長為L的通電導(dǎo)線P(可以視為電流元),導(dǎo)線P的電流大小為I,電流方向沿x軸正方向,則通電導(dǎo)線P受到的安培力的大小和方向是(  ) A.2BIL,方向與y軸正方向相同 B.2BIL,方向與y軸負(fù)方向相同 C.4BIL,方向與y軸正方向相同 D.4BIL,方向與y軸負(fù)方向相同 解析:選A 由題意可知,圖中第一象限圓弧

7、電流在原點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,由安培定則可知磁場方向垂直紙面向里;根據(jù)安培定則可知,第二和第三象限內(nèi)圓弧電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的方向都是向里的,第四象限內(nèi)圓弧電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的方向是向外的,所以四段圓弧在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的合場強(qiáng)為2B,方向向里;電流元的方向向右,由左手定則可知,電流元受到的安培力的方向向上,與y軸的正方向相同,大小為F=2BIL;故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 6.如圖,兩根互相平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn),且與紙面垂直,導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流。a、O、b在M、N的連線上,O為MN的中點(diǎn),c、d位于MN的中垂線上,且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等。關(guān)于以上

8、幾點(diǎn)處的磁場,下列說法正確的是(  ) A.O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 B.a(chǎn)、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反 C.c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同 D.a(chǎn)、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同 解析:選C O點(diǎn)處的磁場是由M、N兩處的直線電流產(chǎn)生的,由安培定則和磁場疊加原理可判斷出M、N兩處的直線電流在O處產(chǎn)生的磁場方向向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;a、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同,選項(xiàng)C正確;a、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都是豎直向下,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 [B級——保分題目練通抓牢] 7.(多選)(20

9、19·太原模擬)如圖所示,金屬細(xì)棒質(zhì)量為m,用兩根相同輕彈簧吊放在水平方向的勻強(qiáng)磁場中,彈簧的勁度系數(shù)為k,棒ab中通有恒定電流,棒處于平衡狀態(tài),并且彈簧的彈力恰好為零。若電流大小不變而方向反向,則(  ) A.每根彈簧彈力的大小為mg B.每根彈簧彈力的大小為2mg C.彈簧形變量為 D.彈簧形變量為 解析:選AC 電流方向改變前,對棒受力分析,根據(jù)平衡條件可知,棒受到的安培力豎直向上,大小等于mg;電流方向改變后,棒受到的安培力豎直向下,大小等于mg,對棒受力分析,根據(jù)平衡條件可知,每根彈簧彈力的大小為mg,彈簧形變量為,選項(xiàng)A、C正確。 8.(多選)(2017·全國卷Ⅱ)某同

10、學(xué)自制的簡易電動機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出,并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來,該同學(xué)應(yīng)將(  ) A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉 B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 解析:選AD 裝置平面示意圖如圖所示。如圖所示的狀態(tài),磁感線方向向上,若形成通路,線圈下邊導(dǎo)線中電流方向向左,受垂直紙面向里的安培力,同

11、理,上邊導(dǎo)線中電流受安培力垂直紙面向外,使線圈轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈上邊導(dǎo)線轉(zhuǎn)到下邊時(shí),若仍通路,線圈上、下邊中電流方向與圖示方向相比均反向,受安培力反向,阻礙線圈轉(zhuǎn)動。若要線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動,要求左、右轉(zhuǎn)軸只能上一側(cè)或下一側(cè)形成通路,另一側(cè)斷路。故選A、D。 9.(多選)一金屬條放置在相距為d的兩金屬軌道上,如圖所示?,F(xiàn)讓金屬條以v0的初速度從AA′進(jìn)入水平軌道,再由CC′進(jìn)入半徑為r的豎直圓軌道,金屬條到達(dá)豎直圓軌道最高點(diǎn)的速度大小為v,完成圓周運(yùn)動后,再回到水平軌道上,整個(gè)軌道除圓軌道光滑外,其余均粗糙,運(yùn)動過程中金屬條始終與軌道垂直且接觸良好。已知由外電路控制流過金屬條的電流大小始終為I,方向如圖中

12、所示,整個(gè)軌道處于水平向右的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,A、C間的距離為L,金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動。重力加速度為g,則由題中信息可以求出(  ) A.金屬條的質(zhì)量 B.金屬條在磁場中運(yùn)動時(shí)所受的安培力的大小和方向 C.金屬條運(yùn)動到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度 D.金屬條與水平粗糙軌道間的動摩擦因數(shù) 解析:選ABD 在圓軌道最高點(diǎn),由牛頓第二定律,有BId+mg=m,所以選項(xiàng)A正確;由題中信息可求出金屬條在磁場中運(yùn)動時(shí)所受的安培力的大小和方向,選項(xiàng)B正確;由于不知道CD間距,故不能求出金屬條運(yùn)動到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由動能定理得:-(mg+BId)·2r-μ(mg

13、+BId)·L=mv2-mv02,可以求出動摩擦因數(shù)μ,所以選項(xiàng)D正確。 [C級——難度題目適情選做] 10.(2019·廣州模擬)如圖所示,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌CD、EF間距為L,與電動勢為E0的電源相連,質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置構(gòu)成閉合回路,回路平面與水平面成θ角,回路其余電阻不計(jì)。為使ab棒靜止,需在空間施加的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及其方向分別為(  ) A.,水平向右 B.,垂直于回路平面向上 C.,豎直向下 D.,垂直于回路平面向下 解析:選D 對金屬棒受力分析,受重力、支持力和安培力,如圖所示;從圖可以看出,當(dāng)安培力沿斜面向上時(shí),安培力最小,故安

14、培力的最小值為:FA=mgsin θ,故磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為B==,根據(jù)歐姆定律,有E0=IR,故B=,故D正確。 11.(2018·渭南質(zhì)檢)如圖所示,電源電動勢為3 V,內(nèi)阻不計(jì),兩個(gè)不計(jì)電阻的金屬圓環(huán)表面光滑,豎直懸掛在等長的細(xì)線上,金屬環(huán)面平行,相距1 m,兩環(huán)分別與電源正負(fù)極相連。現(xiàn)將一質(zhì)量為0.06 kg、電阻為1.5 Ω的導(dǎo)體棒輕放在環(huán)上,導(dǎo)體棒與環(huán)有良好電接觸。兩環(huán)之間有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T的勻強(qiáng)磁場。重力加速度g=10 m/s2,當(dāng)開關(guān)閉合后,導(dǎo)體棒上滑到某位置靜止不動,試求在此位置上棒對每一個(gè)環(huán)的壓力為多少?若已知環(huán)半徑為0.5 m,此位置與環(huán)底的高度差是

15、多少? 解析:棒受的安培力F=BIL,棒中電流為I=,代入數(shù)據(jù)解得F==0.8 N, 對棒受力分析如圖所示(從右向左看),兩環(huán)支持力的總和為2FN=, 代入數(shù)據(jù)解得FN=0.5 N。 由牛頓第三定律知,棒對每一個(gè)環(huán)的壓力為0.5 N, 由圖中幾何關(guān)系有tan θ===,得θ=53°, 棒距環(huán)底的高度為h=r(1-cos θ)=0.2 m。 答案:0.5 N 0.2 m 12.載流長直導(dǎo)線周圍磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=,式中常量k>0,I為電流強(qiáng)度,r為距導(dǎo)線的距離。在水平長直導(dǎo)線MN正下方,矩形線框abcd通以逆時(shí)針方向的恒定電流,被兩根等長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線靜止地懸掛,如圖所

16、示。開始時(shí)MN內(nèi)不通電流,此時(shí)兩細(xì)線內(nèi)的張力均為T0。當(dāng)MN通以強(qiáng)度為I1的電流時(shí),兩細(xì)線的張力均減小為T1;當(dāng)MN內(nèi)的電流強(qiáng)度變?yōu)镮2時(shí),兩細(xì)線的張力均大于T0。 (1)分別指出強(qiáng)度為I1、I2的電流的方向; (2)求MN分別通以強(qiáng)度為I1和I2電流時(shí),線框受到的安培力F1與F2大小之比; (3)當(dāng)MN內(nèi)的電流強(qiáng)度為I3時(shí)兩細(xì)線恰好斷裂,在此瞬間線框的加速度大小為a,求I3。 解析:(1)I1方向向左,I2方向向右。 (2)當(dāng)MN中通以強(qiáng)度為I的電流時(shí),線框受到的安培力大小為F=kIiL, 式中r1、r2分別為ab、cd與MN的間距,i為線框中的電流,L為ab、cd的長度。 F1∶F2= I1∶I2。 (3)設(shè)MN中電流強(qiáng)度為I3時(shí),線框受到的安培力大小為F3。由題設(shè)條件有 2T0=G,2T1+F1=G,F(xiàn)3+G=ma=a。 ==, I3=I1。 答案:(1)I1方向向左 I2方向向右 (2)I1∶I2  (3)I1 7

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