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2019-2020年高考物理一轮总复习第9章磁场第1讲磁场及其对电流的作用
一、选择题本题共10小题,每小题7分,共70分其中1~6为单选,7~10为多选1.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系,下列说法正确的是 A.F、B、I三者必须保持相互垂直B.F必须垂直B、I,但B、I可以不相互垂直C.B必须垂直F、I,但F、I可以不相互垂直D.I必须垂直F、B,但F、B可以不相互垂直答案 B解析 由左手定则可知,F必须与B和I确定的平面垂直,即F⊥B,F⊥I,但B和I不一定垂直,所以B选项正确,其他选项错误2.[xx·德州模拟]如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况只标出了部分磁感线的方向,以O点图中白点为坐标原点,沿z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为 答案 C解析 磁感线的疏密表示磁场的强弱,由图可知,沿z轴正方向的磁感应强度的大小是先变小后变大,由于题目中问的是磁感应强度B大小的变化最有可能的为哪个,只有C正确3.如图所示,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 A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外答案 C解析 橡胶盘带负电,顺时针转动,形成逆时针方向环形电流,由安培定则可知,在通电直导线所在位置产生的磁场竖直向上,所以由左手定则可知,直导线所受磁场力的方向水平向里,C选项正确,其他选项错误4.如图所示,一圆环用细橡皮筋悬吊着处于静止状态,环中通以逆时针方向的电流,在环的两侧放有平行于橡皮筋的直导线,导线和环在同一竖直面内,两导线到橡皮筋的距离相等现在直导线中同时通以方向如图所示、大小相等的电流,则通电的瞬间 A.环将向右摆动B.俯视看环会发生顺时针转动C.橡皮筋会被拉长D.环有收缩的趋势答案 D解析 直导线通电后,由安培定则可知,两导线间平面上的磁场方向垂直于纸面向里,由于磁场分布具有轴对称性,将圆环分成若干段小的直导线,由左手定则可知,各段受到的安培力都指向圆心,根据对称性可知,它们的合力为零,因此环不会摆动,也不会转动,橡皮筋的拉力也不会增大,只是环有收缩的趋势,A、B、C项错误,D项正确5.[xx·郑州质量预测]目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈密郑州特高压直流输电工程已正式投运高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点已知某段直流输电线长度l=200m,通有从西向东I=4000A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5T,磁倾角磁感线与水平面的夹角为5°sin5°≈
0.1则该段导线所受安培力的大小和方向为 A.40N,向北与水平面成85°角斜向上方B.4N,向北与水平面成85°角斜向上方C.4N,向南与水平面成5°角斜向下方D.40N,向南与水平面成5°角斜向下方答案 A解析 地磁场方向与电流方向垂直,由安培力F=BIl=40N,B、C项错;由左手定则可知,电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方,A项正确,D项错误6.[xx·宁夏银川模拟]如图为一测量磁场磁感应强度大小的装置的原理示意图长度为l、质量为m的均质细铝棒MN的中点与竖直悬挂的、劲度系数为k的绝缘轻弹簧相连,与MN的右端连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的刻度在矩形区域abcd内有匀强磁场,方向垂直纸面向外,当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,指针恰好指在零刻度;当在MN中通有由M向N大小为I的恒定电流时,MN始终在磁场中运动,当向下运动到最低时,指针的最大示数为xm不考虑MN中电流产生的磁场及空气阻力,则在通电后MN棒第一次向下运动到xm的过程中,以下说法正确的是 A.MN棒的加速度一直增大B.MN棒及弹簧、地球组成的系统机械能守恒C.在最低点弹簧的弹性势能为mg+BIlxmD.该磁场的磁感应强度B=答案 D解析 对导体棒,未通电时mg=kx0,通电后,由牛顿第二定律知,加速度a=,随x增大先减小到零后反向增大,选项A错误;由于安培力做功,机械能不守恒,选项B错误;导体棒通电后运动到xm,由动能定理,mg+BIlxm-ΔE弹=0,在最低点弹簧的弹性势能增加量为mg+BIlxm,未通电时平衡状态下弹性势能不为0,选项C错误;MN棒第一次到最低点并不处于平衡状态,此时加速度与指针指零时大小相等、方向相反,kxm-BIl=BIl,磁感应强度B=,选项D正确7.如图所示,平行于纸面水平向右的匀强磁场,磁感应强度B1=1T位于纸面内的细直导线,长L=1m,通有I=1A的恒定电流当导线与B1成60°夹角时,发现其受到的安培力为零,则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为 A.TB.TC.1TD.T答案 BCD解析 导线所受安培力为零,只能是合磁场的方向与电流I方向平行,由矢量合成可知B2min=B1·sin60°=B1=T,所以B2≥B2min=T都可以,所以选项B、C、D都正确8.光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为L=20cm的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60g、电阻R=1Ω、长为L的导体棒ab,用长也为L的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=
0.5T,当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ=53°角,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态,导轨电阻不计,sin53°=
0.8,g=10m/s2则 A.磁场方向一定竖直向下B.电源电动势E=
3.0VC.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3ND.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为
0.048J答案 AB解析 导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直向下,A项正确;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知BILLsinθ-mgL1-cosθ=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3A,由E=IR得电源电动势E=
3.0V,B项正确;由F=BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F=
0.3N,C项错误;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和,即W=Q+ΔE,而ΔE=mgL1-cosθ=
0.048J,D项错误9.[xx·广州三模]如图所示,质量为m、长度为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′,并处于匀强磁场中,当导线中通以沿x正方向的电流I,且导线保持静止时悬线与竖直方向夹角为θ磁感应强度方向和大小可能为 A.z正向,tanθB.y正向,C.z负向,tanθD.沿悬线向上,sinθ答案 BC解析 本题要注意在受力分析时把立体图变成侧视平面图,然后通过平衡状态的受力分析来确定B的方向和大小若B沿z正向,则从O向O′看,导线受到的安培力F=ILB,方向水平向左,如图甲所示,导线无法平衡,A错误若B沿y正向,导线受到的安培力竖直向上,如图乙所示当FT=0,且满足ILB=mg,即B=时,导线可以平衡,B正确若B沿z负向,导线受到的安培力水平向右,如图丙所示若满足FTsinθ=ILB,FTcosθ=mg,即B=,导线可以平衡,C正确若B沿悬线向上,导线受到的安培力垂直于导线指向左下方,如图丁所示,导线无法平衡,D错误10.[xx·连、徐、宿三调]如图甲所示,一个条形磁铁P固定在水平桌面上,以P的右端点为原点,中轴线为x轴建立一维坐标系一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置,设Q与x轴之间的夹角为θ实验测得sinθ与x之间的关系如图乙所示已知该处地磁场方向水平,磁感应强度大小为B0下列说法正确的是 A.P的右端为S极B.P的中轴线与地磁场方向垂直C.P在x0处产生的磁感应强度大小为B0D.x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0答案 BC解析 当x趋向无穷大时,小磁针所指的方向为地球的磁场的方向,所以根据题图可知,x趋向无穷大时,sinθ趋向1,则θ趋向90°,即小磁针的方向与x的方向垂直,所以x的方向为向东当x非常小时,小磁针的N极沿x方向,即向东由题图可知,开始时N背离O点,所以O点处的磁极是N极,故A错误;由以上的分析可知,P的中轴线沿东西方向,与地磁场方向垂直,故B正确;由乙图可知,x0处sinθ=,则θ=45°,P在x0处产生的磁感应强度大小BP,tan45°=,所以BP=B0,故C正确;x0处合磁场的磁感应强度大小为B==B0,故D错误
二、非选择题本题共2小题,共30分11.14分如图所示,在磁感应强度B=
1.0T,方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab已知接在滑轨中的电源电动势E=12V,内阻不计ab杆长L=
0.5m,质量m=
0.2kg,杆与滑轨间的动摩擦因数μ=
0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计求要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?g取10m/s2,sin37°=
0.6,cos37°=
0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留一位有效数字答案 3Ω≤R≤5Ω解析 分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示由平衡条件得沿斜面方向mgsinθ=μFN1+F安1cosθ,垂直斜面方向FN1=mgcosθ+F安1sinθ,而F安1=BL,解得R1=5Ω当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示由平衡条件得沿斜面方向mgsinθ+μFN2=F安2cosθ,垂直斜面方向FN2=mgcosθ+F安2sinθ,而F安2=BL,解得R2=3Ω所以,要使ab杆保持静止,R的取值范围是3Ω≤R≤5Ω12.16分如图所示,一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上,两导轨平行且间距为L,导轨处在竖直方向的匀强磁场中,当导体棒中通以自左向右的电流I时,导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上,取sin37°=
0.6,cos37°=
0.8,求1磁场的磁感应强度B2每个圆导轨对导体棒的支持力大小FN答案 1 2mg解析 1从左向右看,受力分析如图所示由平衡条件得tan37°=,F安=BIL,解得B=2设两导轨对导体棒支持力为2FN,则有2FNcos37°=mg,解得FN=mg即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为mg。