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1、2022年高考物理一輪復習 課時提升練23 磁場及其對電流的作用
題組一 磁場的疊加
1.在磁感應強度為B0、方向豎直向上的勻強磁場中,水平放置一根通電長直導線,電流的方向垂直于紙面向里.如圖8-1-14所示,a、b、c、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點,在這四點中( )
圖8-1-14
A.c、d兩點的磁感應強度大小相等
B.a(chǎn)、b兩點的磁感應強度大小相等
C.c點的磁感應強度的值最小
D.b點的磁感應強度的值最大
【解析】 通電直導線在c點的磁感應強度方向與B0的方向相反,b、d兩點的電流磁場與B0垂直,a點電流磁場與B0同向,由磁場的疊加知c點的合磁感應強度最小
2、.
【答案】 C
2.在等邊三角形的三個頂點a、b,c處,各有一條長直導線垂直穿過紙面,導線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖8-1-15所示.過c點的導線所受安培力的方向( )
圖8-1-15
A.與ab邊平行,豎直向上
B.與ab邊平行,豎直向下
C.與ab邊垂直,指向左邊
D.與ab邊垂直,指向右邊
【解析】 解法一 根據(jù)直線電流的安培定則,a、b在c處所激發(fā)的磁場方向分別如圖中Ba、Bb所示,應用平行四邊形定則可知c導線所在處的合磁場方向如圖所示.根據(jù)左手定則可知安培力F安的方向與a、b連線垂直,指向左邊.
解法二 根據(jù)同向電流相互吸引、反向電流相互排斥的特點,
3、可判斷導線a、b對導線c的安培力均為吸引力,再由平行四邊形定則可知c導線所受合力的方向與ab邊垂直,水平向左,C正確.
【答案】 C
題組二 安培力的大小和方向
3.如圖8-1-16所示,用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導線MN,電流I的方向為從M到N,繩子的拉力均為F.為使F=0,可能達到要求的方法是( )
圖8-1-16
A.加水平向右的磁場
B.加水平向左的磁場
C.加垂直紙面向里的磁場
D.加垂直紙面向外的磁場
【解析】 要使繩子的拉力均為0,根據(jù)平衡條件知導線所受安培力應豎直向上,由左手定則知,應加垂直紙面向里的磁場.
【答案】 C
4.如圖8-1-
4、17所示,一個邊長為L、三邊電阻相同的正三角形金屬框放置在磁感應強度為B的勻強磁場中,若通以如圖所示方向的電流(從A點流入,從C點流出),電流大小為I,則關于金屬框所受安培力的情況,下列說法正確的是( )
圖8-1-17
A.金屬框所受安培力大小為0
B.金屬框所受安培力大小為BIL,方向垂直AC沿紙面向上
C.金屬框所受安培力大小為BIL,方向垂直AC沿紙面向下
D.金屬框所受安培力大小為2BIL,方向垂直AC沿紙面向上
【解析】 根據(jù)通電導線在磁場中受安培力的特點,可以把正三角形金屬框的AB與BC兩根導線所受的安培力等效為導線AC所受的安培力,則整個三角形金屬框可以看做兩
5、根AC導線并聯(lián),且兩根導線中的總電流等于I,由公式得到F=BIL,另外根據(jù)左手定則,可知整個三角形金屬框所受的安培力的方向垂直AC沿紙面向上,所以選項B正確.
【答案】 B
題組三 安培力作用下的綜合分析
5.(多選)如圖8-1-18所示,通電導體棒靜止于水平導軌上,棒的質量為m,長為L,通過的電流大小為I且垂直紙面向里,勻強磁場的磁感應強度B的方向與導軌平面成θ角,則導體棒受到的( )
圖8-1-18
A.安培力大小為BIL
B.安培力大小為BILsin θ
C.摩擦力大小為BILsin θ
D.支持力大小為mg-BILcos θ
【解析】 根據(jù)安培力計算公式,F(xiàn)=B
6、IL,A正確,B錯誤;導體棒受力如圖所示,根據(jù)平衡條件,F(xiàn)f=BIL sin θ,C正確;FN=mg+BILcos θ,D錯誤.
【答案】 AC
6.(湖北省咸寧市xx屆摸底)如圖8-1-19所示,臺秤上放一光滑平板,其左邊固定一擋板,一輕質彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來,此時臺秤的讀數(shù)為FN1,現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置固定一通電導線,電流方向如圖當加上電流后,臺秤的示數(shù)為FN2,則下列說法正確的是( )
圖8-1-19
A.FN1>FN2,彈簧長度將變長
B.FN1>FN2,彈簧長度將變短
C.FN1
7、 以通電導線為研究對象,由左手定則可知,通電導線在磁場中受到斜向右下方的安培力,由牛頓第三定律可知條形磁鐵受到通電導線的磁場力為斜向左上方.該力產(chǎn)生對條形磁鐵向上提拉和向左壓縮彈簧的效果,則臺秤示數(shù)變小,彈簧被壓縮,選項B正確.
【答案】 B
7.一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個線圈的圓心重合,如圖8-1-20所示.當兩線圈中通以圖示方向的電流時,從左向右看,線圈L1將( )
圖8-1-20
A.不動
B.順時針轉動
C.逆時針轉動
D.在紙面內(nèi)平動
【解析】 環(huán)形電流I1、I2之間不平行,則必有相對轉動,直到兩環(huán)形電流同向平行為止,
8、據(jù)此可得,從左向右看,線圈L1將順時針轉動.
【答案】 B
B組 深化訓練——提升應考能力
8.如圖8-1-21所示,A為一水平旋轉的橡膠盤,帶有大量均勻分布的負電荷,在圓盤正上方水平放置一通電直導線,電流方向如圖所示.當圓盤高速繞中心軸OO′轉動時,通電直導線所受磁場力的方向是( )
圖8-1-21
A.豎直向上 B.豎直向下
C.水平向里 D.水平向外
【解析】 由于帶負電的圓盤順時針方向旋轉,形成的等效電流為逆時針方向,所產(chǎn)生的磁場方向豎直向上.由左手定則可判定通電導線所受安培力的方向水平向里,故C正確.
【答案】 C
9.已知地磁場的水平分量為B,利用這
9、一值可以測定某一弱磁場的磁感應強度,如圖8-1-22所示為測定通電線圈中央一點的磁感應強度的實驗,實驗方法:
圖8-1-22
①先將未通電線圈平面固定于南北方向豎直平面內(nèi),中央放一枚小磁針,N極指向北方;②給線圈通電,此時小磁針N極指北偏東θ角后靜止,由此可以確定線圈中電流方向(由東向西看)與線圈中央的合磁感應強度分別為( )
A.順時針; B.順時針;
C.逆時針; D.逆時針;
【解析】 由于合磁場的方向北偏東θ角,地磁場的水平分量為B向北,根據(jù)平行四邊形定則,線圈中央的合磁感應強度大小為,通電線圈中央一點的磁場水平向東,結合安培定則,可判斷線圈中電流方向(由東向西
10、看)為逆時針方向,C正確.
【答案】 C
10.(xx·啟東模擬)如圖8-1-23所示,在豎直向下的恒定勻強磁場中有一光滑絕緣的圓軌道,一重為G的金屬導體MN垂直于軌道橫截面水平放置,在導體中通入電流I,使導體在安培力的作用下以恒定的速率v從A點運動到C點,設導體所在位置的軌道半徑與豎直方向的夾角為θ,安培力的瞬時功率為P,則從A到C的過程中,下列有關說法正確的是( )
圖8-1-23
A.電流方向從N指向M
B.I∝cot θ
C.P∝cos θ
D.P∝sin θ
【解析】 由于安培力方向始終水平向左,根據(jù)左手定則知電流方向從M指向N,A錯誤;因為導體棒做勻速圓周運動
11、,所以有Gsin θ=F安 cosθ=ILBcos θ,故I=tan θ,即I∝tan θ,B錯誤;又P=F安 vcosθ=Gvsin θ,所以P∝sin θ,C錯誤、D正確.
【答案】 D
11.(xx·長沙一中檢測)如圖8-1-24所示,兩平行金屬導軌間的距離L=0.40 m,金屬導軌所在的平面與水平面夾角θ=37°,在導軌所在平面內(nèi),分布著磁感應強度B=0.50 T、方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場.金屬導軌的一端接有電動勢E=4.5 V、內(nèi)阻r=0.50 Ω的直流電源.現(xiàn)把一個質量m=0.040 kg的導體棒ab放在金屬導軌上,導體棒恰好靜止.導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好,導體棒
12、與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5 Ω,金屬導軌電阻不計,g取10 m/s2.已知sin 37°=0.60,cos 37°=0.80,求:
圖8-1-24
(1)通過導體棒的電流;
(2)導體棒受到的安培力大?。?
(3)導體棒受到的摩擦力大?。?
【解析】 (1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I==1.5 A.
(2)導體棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N.
(3)導體棒受力如圖,將重力正交分解
F1=mgsin 37°=0.24 N
F1<F安,根據(jù)平衡條件
mgsin 37°+f=F安,解得:f=0.06 N.
【答案】 (1)1.5 A (2)0.30 N (3
13、)0.06 N
12.載流長直導線周圍磁場的磁感應強度大小為B=,式中常量k>0,I為電流強度,r為距導線的距離.在水平長直導線MN正下方,矩形線圈abcd通以逆時針方向的恒定電流,被兩根等長的輕質絕緣細線靜止地懸掛,如圖8-1-25所示.開始時MN內(nèi)不通電流,此時兩細線內(nèi)的張力均為T0.當MN通以強度為I1的電流時,兩細線內(nèi)的張力均減小為T1,當MN內(nèi)電流強度為I2時,兩細線內(nèi)的張力均大于T0.
圖8-1-25
(1)分別指出強度為I1、I2的電流的方向;
(2)求MN分別通以強度為I1和I2的電流時,線框受到的安培力F1與F2大小之比.
【解析】 (1)根據(jù)同向電流相互吸引,反向電流相互排斥,且距離導線越近,相互作用力越大,可知,I1的方向向左,I2的方向向右.
(2)當MN中的電流強度為I時,線圈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為線圈中的電流,L為ab、cd的長度.
=
【答案】 (1)I1的方向向左,I2的方向向右 (2)