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2019-2020年高考物理一轮复习课时提升练23磁场及其对电流的作用题组一 磁场的叠加1.在磁感应强度为B
0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根通电长直导线,电流的方向垂直于纸面向里.如图8114所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中 图8114A.c、d两点的磁感应强度大小相等B.a、b两点的磁感应强度大小相等C.c点的磁感应强度的值最小D.b点的磁感应强度的值最大【解析】 通电直导线在c点的磁感应强度方向与B0的方向相反,b、d两点的电流磁场与B0垂直,a点电流磁场与B0同向,由磁场的叠加知c点的合磁感应强度最小.【答案】 C2.在等边三角形的三个顶点a、b,c处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图8115所示.过c点的导线所受安培力的方向 图8115A.与ab边平行,竖直向上B.与ab边平行,竖直向下C.与ab边垂直,指向左边D.与ab边垂直,指向右边【解析】 解法一 根据直线电流的安培定则,a、b在c处所激发的磁场方向分别如图中Ba、Bb所示,应用平行四边形定则可知c导线所在处的合磁场方向如图所示.根据左手定则可知安培力F安的方向与a、b连线垂直,指向左边.解法二 根据同向电流相互吸引、反向电流相互排斥的特点,可判断导线a、b对导线c的安培力均为吸引力,再由平行四边形定则可知c导线所受合力的方向与ab边垂直,水平向左,C正确.【答案】 C题组二 安培力的大小和方向3.如图8116所示,用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN,电流I的方向为从M到N,绳子的拉力均为F.为使F=0,可能达到要求的方法是 图8116A.加水平向右的磁场B.加水平向左的磁场C.加垂直纸面向里的磁场D.加垂直纸面向外的磁场【解析】 要使绳子的拉力均为0,根据平衡条件知导线所受安培力应竖直向上,由左手定则知,应加垂直纸面向里的磁场.【答案】 C4.如图8117所示,一个边长为L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,若通以如图所示方向的电流从A点流入,从C点流出,电流大小为I,则关于金属框所受安培力的情况,下列说法正确的是 图8117A.金属框所受安培力大小为0B.金属框所受安培力大小为BIL,方向垂直AC沿纸面向上C.金属框所受安培力大小为BIL,方向垂直AC沿纸面向下D.金属框所受安培力大小为2BIL,方向垂直AC沿纸面向上【解析】 根据通电导线在磁场中受安培力的特点,可以把正三角形金属框的AB与BC两根导线所受的安培力等效为导线AC所受的安培力,则整个三角形金属框可以看做两根AC导线并联,且两根导线中的总电流等于I,由公式得到F=BIL,另外根据左手定则,可知整个三角形金属框所受的安培力的方向垂直AC沿纸面向上,所以选项B正确.【答案】 B题组三 安培力作用下的综合分析5.多选如图8118所示,通电导体棒静止于水平导轨上,棒的质量为m,长为L,通过的电流大小为I且垂直纸面向里,匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成θ角,则导体棒受到的 图8118A.安培力大小为BILB.安培力大小为BILsinθC.摩擦力大小为BILsinθD.支持力大小为mg-BILcosθ【解析】 根据安培力计算公式,F=BIL,A正确,B错误;导体棒受力如图所示,根据平衡条件,Ff=BILsinθ,C正确;FN=mg+BILcosθ,D错误.【答案】 AC6.湖北省咸宁市xx届摸底如图8119所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤的读数为FN1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线,电流方向如图当加上电流后,台秤的示数为FN2,则下列说法正确的是 图8119A.FN1FN2,弹簧长度将变长B.FN1FN2,弹簧长度将变短C.FN1FN2,弹簧长度将变长D.FN1FN2,弹簧长度将变短【解析】 以通电导线为研究对象,由左手定则可知,通电导线在磁场中受到斜向右下方的安培力,由牛顿第三定律可知条形磁铁受到通电导线的磁场力为斜向左上方.该力产生对条形磁铁向上提拉和向左压缩弹簧的效果,则台秤示数变小,弹簧被压缩,选项B正确.【答案】 B7.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图8120所示.当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将 图8120A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.在纸面内平动【解析】 环形电流I
1、I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得,从左向右看,线圈L1将顺时针转动.【答案】 BB组 深化训练——提升应考能力8.如图8121所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图所示.当圆盘高速绕中心轴OO′转动时,通电直导线所受磁场力的方向是 图8121A.竖直向上 B.竖直向下C.水平向里D.水平向外【解析】 由于带负电的圆盘顺时针方向旋转,形成的等效电流为逆时针方向,所产生的磁场方向竖直向上.由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里,故C正确.【答案】 C9.已知地磁场的水平分量为B,利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度,如图8122所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度的实验,实验方法图8122
①先将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内,中央放一枚小磁针,N极指向北方;
②给线圈通电,此时小磁针N极指北偏东θ角后静止,由此可以确定线圈中电流方向由东向西看与线圈中央的合磁感应强度分别为 A.顺时针; B.顺时针;C.逆时针;D.逆时针;【解析】 由于合磁场的方向北偏东θ角,地磁场的水平分量为B向北,根据平行四边形定则,线圈中央的合磁感应强度大小为,通电线圈中央一点的磁场水平向东,结合安培定则,可判断线圈中电流方向由东向西看为逆时针方向,C正确.【答案】 C10.xx·启东模拟如图8123所示,在竖直向下的恒定匀强磁场中有一光滑绝缘的圆轨道,一重为G的金属导体MN垂直于轨道横截面水平放置,在导体中通入电流I,使导体在安培力的作用下以恒定的速率v从A点运动到C点,设导体所在位置的轨道半径与竖直方向的夹角为θ,安培力的瞬时功率为P,则从A到C的过程中,下列有关说法正确的是 图8123A.电流方向从N指向MB.I∝cotθC.P∝cosθD.P∝sinθ【解析】 由于安培力方向始终水平向左,根据左手定则知电流方向从M指向N,A错误;因为导体棒做匀速圆周运动,所以有Gsinθ=F安cosθ=ILBcosθ,故I=tanθ,即I∝tanθ,B错误;又P=F安vcosθ=Gvsinθ,所以P∝sinθ,C错误、D正确.【答案】 D
11.xx·长沙一中检测如图8124所示,两平行金属导轨间的距离L=
0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=
0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=
4.5V、内阻r=
0.50Ω的直流电源.现把一个质量m=
0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=
2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s
2.已知sin37°=
0.60,cos37°=
0.80,求图81241通过导体棒的电流;2导体棒受到的安培力大小;3导体棒受到的摩擦力大小.【解析】 1根据闭合电路欧姆定律I==
1.5A.2导体棒受到的安培力F安=BIL=
0.30N.3导体棒受力如图,将重力正交分解F1=mgsin37°=
0.24NF1<F安,根据平衡条件mgsin37°+f=F安,解得f=
0.06N.【答案】
11.5A
20.30N
30.06N
12.载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B=,式中常量k0,I为电流强度,r为距导线的距离.在水平长直导线MN正下方,矩形线圈abcd通以逆时针方向的恒定电流,被两根等长的轻质绝缘细线静止地悬挂,如图8125所示.开始时MN内不通电流,此时两细线内的张力均为T
0.当MN通以强度为I1的电流时,两细线内的张力均减小为T1,当MN内电流强度为I2时,两细线内的张力均大于T
0.图81251分别指出强度为I
1、I2的电流的方向;2求MN分别通以强度为I1和I2的电流时,线框受到的安培力F1与F2大小之比.【解析】 1根据同向电流相互吸引,反向电流相互排斥,且距离导线越近,相互作用力越大,可知,I1的方向向左,I2的方向向右.2当MN中的电流强度为I时,线圈受到的安培力大小为F=kIiL-式中r
1、r2分别为ab、cd与MN的间距,i为线圈中的电流,L为ab、cd的长度.=【答案】 1I1的方向向左,I2的方向向右 2。