高考物理一輪復(fù)習 考點規(guī)范練28 磁場的描述 磁場對電流的作用（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

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1、考點規(guī)范練28　磁場的描述　磁場對電流的作用 一、單項選擇題 1.在地球赤道上進行實驗時,用磁傳感器測得赤道上P點地磁場磁感應(yīng)強度大小為B0。將一條形磁鐵固定在P點附近的水平面上,讓N極指向正北方向,如圖所示,此時用磁傳感器測得P點的磁感應(yīng)強度大小為B1;現(xiàn)將條形磁鐵以P點為軸心在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°,使其N極指向正東方向,此時用磁傳感器測得P點的磁感應(yīng)強度的大小應(yīng)為(可認為地磁南、北極與地理北、南極重合)(　　) A.B1-B0 B.B1+B0 C.B02+B12 D.2B02+B12-2B0B1 答案:D 解析:根據(jù)題意,赤道上P點地磁場磁感應(yīng)強度大小為B0,條形磁鐵N極指向

2、正北方向時,條形磁鐵在P點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為B=B1-B0;條形磁鐵N極指向正東方向時,條形磁鐵產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度指向正東方向,與地磁場磁感應(yīng)強度垂直,故P點的合磁感應(yīng)強度為B'=B2+B02=2B02+B12-2B0B1,選項D正確。 2.如圖所示,質(zhì)量m=0.5 kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度l=1 m的光滑絕緣框架上,磁場方向垂直于框架平面向下(磁場僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中,電源的電動勢E=8 V、內(nèi)阻r=1 Ω,額定功率為8 W、額定電壓為4 V的電動機M正常工作。取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度大小g取10 m/s2,

3、則磁場的磁感應(yīng)強度大小為(　　) A.2 T B.1.73 T C.1.5 T D.1 T 答案:C 解析:電動機M正常工作時的電流I1=P1U=2A,電源內(nèi)阻上的電壓U'=E-U=8V-4V=4V,根據(jù)歐姆定律得干路中的電流I=U'r=4A,通過導(dǎo)體棒的電流I2=I-I1=2A,導(dǎo)體棒受力平衡,有BI2l=mgsin37°,得B=1.5T,只有選項C正確。 3.如圖所示,兩個圓形線圈P和Q懸掛在光滑絕緣桿上,通以方向相同的電流,若I1>I2,P、Q受到安培力大小分別為F1和F2,則P和Q(　　) A.相互吸引,F1>F2 B.相互排斥,F1>F2 C.相互排斥,F1=F

4、2 D.相互吸引,F1=F2 答案:D 解析:由于P、Q通以同向電流,據(jù)“同向電流相吸,異向電流相斥”可知,P、Q是相互吸引的,P、Q之間的相互吸引力遵循牛頓第三定律,總是等大、反向。 4.(2019·云南曲靖高三期末)在等邊三角形的三個頂點a、b、c處,各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示,則過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向(　　) 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 答案:C 解析:導(dǎo)線a在c處的磁場方向垂直ac斜向下,b在c處的磁場方向垂直bc斜向下,兩者的合

5、磁場方向為豎直向下,根據(jù)左手定則可得過c點導(dǎo)線所受安培力方向為與ab邊垂直,指向左邊,C正確。 5.如圖所示,現(xiàn)有四條完全相同的垂直于紙面放置的長直導(dǎo)線,橫截面分別位于一正方形abcd的四個頂點上,直導(dǎo)線分別通有方向垂直于紙面向里、大小分別為Ia=I、Ib=2I、Ic=3I、Id=4I的恒定電流。已知通電長直導(dǎo)線周圍距離為r處磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=kIr,式中常量k>0,I為電流大小。忽略電流間的相互作用,若電流Ia在正方形的幾何中心O點處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B,則O點處實際的磁感應(yīng)強度的大小及方向為(　　) A.22B,方向由O點指向ad中點 B.22B,方向由O點指向ab中

6、點 C.10B,方向垂直于紙面向里 D.10B,方向垂直于紙面向外 答案:A 解析:由題意,直導(dǎo)線周圍某點的磁感應(yīng)強度的大小與電流的大小成正比,與距直導(dǎo)線的距離成反比。應(yīng)用安培定則并結(jié)合平行四邊形定則,可知A選項正確。 6.一通電直導(dǎo)線與x軸平行放置,勻強磁場的方向與xOy坐標平面平行,導(dǎo)線受到的安培力為F。若將該導(dǎo)線做成34圓環(huán),放置在xOy坐標平面內(nèi),如圖所示,并保持通電的電流不變,兩端點a、b連線也與x軸平行,則圓環(huán)受到的安培力大小為(　　) A.F B.23πF C.223πF D.32π3F 答案:C 解析: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

7、做成34圓環(huán),由l=34×2πR,解得圓環(huán)的半徑R=2l3π,34圓環(huán)a、b兩點之間的距離l'=2R=22l3π。由Fl=F'l',解得F'=223πF,選項C正確。 7.(2019·廣東廣州模擬)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。為使ab棒靜止,需在空間施加的勻強磁場磁感應(yīng)強度的最小值及其方向分別為(　　) A.mgRE0l,水平向右 B.mgRcosθE0l,垂直于回路平面向上 C.mgRtanθE0l,豎直向下 D.mgRsinθE0l

8、,垂直于回路平面向下 答案:D 解析: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,當安培力沿斜面向上時,安培力最小,故安培力的最小值為FA=mgsinθ,故磁感應(yīng)強度的最小值為B=FAIl=mgsinθIl,根據(jù)歐姆定律,有E0=IR,故B=mgRsinθE0l;根據(jù)左手定則可知,此時磁場方向為垂直于回路平面向下,故D正確。 二、多項選擇題 8.指南針是我國古代四大發(fā)明之一。關(guān)于指南針,下列說法正確的是(　　) A.指南針可以僅具有一個磁極 B.指南針能夠指向南北,說明地球具有磁場 C.指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾 D.在指南針正上方附近沿指針方向

9、放置一直導(dǎo)線,導(dǎo)線通電時指南針不偏轉(zhuǎn) 答案:BC 解析:指南針有N、S兩個磁極,受到地磁場的作用靜止時S極指向南方,選項A錯誤,B正確;指南針有磁性,可以與鐵塊相互吸引,選項C正確;由奧斯特實驗可知,小磁針在通電導(dǎo)線放置位置合適的情況下,會發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項D錯誤。 9.均勻帶電的薄圓盤的右側(cè),用拉力傳感器A、B水平懸掛一根通電導(dǎo)線ab,電流方向由a到b,導(dǎo)線平行于圓盤平面。圓盤繞過圓心的水平軸沿如圖所示方向勻速轉(zhuǎn)動,與圓盤靜止時相比,拉力傳感器的示數(shù)增大了,懸線仍然豎直,則下列說法正確的是(　　) A.圓盤帶正電荷 B.圓盤帶負電荷 C.若增大圓盤轉(zhuǎn)動角速度,則傳感器示數(shù)減小

10、D.若改變圓盤轉(zhuǎn)動方向,則傳感器示數(shù)減小 答案:AD 解析:與圓盤靜止時相比,拉力傳感器的示數(shù)增大,懸線豎直,說明導(dǎo)線所受安培力方向豎直向下,由左手定則可判斷,導(dǎo)線所在位置的磁感應(yīng)強度方向水平向右;由安培定則可以判斷,圓盤轉(zhuǎn)動形成的等效電流與其轉(zhuǎn)動方向相同,故圓盤帶正電荷,A正確,B錯誤。若增大圓盤轉(zhuǎn)動角速度,則等效電流增大,方向不變,產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度增大,傳感器示數(shù)增大,C錯誤。若改變圓盤轉(zhuǎn)動方向,則導(dǎo)線所在位置的磁場方向水平向左,導(dǎo)線所受安培力方向向上,傳感器示數(shù)減小,D正確。 10.如圖甲所示,兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置,間距為l,其間有豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。垂直于導(dǎo)軌

11、水平對稱放置一根均勻金屬棒,從t=0時刻起,棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Imax,圖甲中I所示方向為電流正方向。則金屬棒(　　) A.一直向右移動 B.速度隨時間周期性變化 C.受到的安培力隨時間周期性變化 D.受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功 答案:ABC 解析:根據(jù)左手定則知金屬棒在0~T2內(nèi)所受安培力向右,大小恒定,故金屬棒向右做勻加速運動;在T2~T內(nèi)金屬棒所受安培力與前半個周期大小相等、方向相反,金屬棒向右做勻減速運動,一個周期結(jié)束時金屬棒速度恰好為零。以后始終向右重復(fù)上述運動,選項A、B、C正確。在0~T2時間內(nèi),安培力方向與運動方向相同,安培

12、力做正功;在T2~T時間內(nèi),安培力方向與運動方向相反,安培力做負功。在一個周期內(nèi),安培力所做的總功為零,選項D錯誤。 11.(2019·陜西質(zhì)檢)如圖所示,在平面直角坐標系的第一象限內(nèi)分布著非勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里,沿y軸方向磁場分布是均勻的,沿x軸方向磁感應(yīng)強度與x滿足關(guān)系式B=kx,其中k是一恒定的正數(shù)。由粗細均勻的同種規(guī)格導(dǎo)線制成的正方形線框ADCF邊長為a,A處有一極小開口AE,整個線框放在磁場中,且AD邊與y軸平行,AD邊與y軸的距離為a,線框A、E兩點與一電源相連,穩(wěn)定時流入線框的電流為I,關(guān)于線框受到的安培力,下列說法正確的是(　　) A.整個線框受到的合力方向與

13、DF連線垂直 B.整個線框沿y軸方向所受合力為0 C.整個線框在x軸方向所受合力為ka2I,沿x軸正方向 D.整個線框在x軸方向所受合力為34ka2I,沿x軸正方向 答案:BC 解析:由題意可知AD邊所處位置的磁感應(yīng)強度B1=ka,則AD邊受到的安培力大小為FAD=B1Ia=ka2I,根據(jù)左手定則知,方向沿x軸負方向;FC邊所處位置的磁感應(yīng)強度B2=2ka,則FC邊受到的安培力大小為FFC=B2Ia=2ka2I,根據(jù)左手定則知,方向沿x軸正方向;則整個線框在x軸方向所受合力為FFC-FAD=ka2I,方向沿x軸正方向,C正確,D錯誤。沿y軸方向磁場分布是均勻的,可知DC邊和EF邊從左

14、向右對應(yīng)位置的磁感應(yīng)強度都相同,又DC邊和EF邊的電流大小相同,方向相反,可知FDC=FEF,整個線框沿y軸方向所受合力為FDC-FEF=0,B正確。整個線框受到的合力大小為ka2I,方向沿x軸正方向,與AD、FC垂直,A錯誤。 三、非選擇題 12.如圖所示,兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離l=0.40 m,金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角θ=37°,在導(dǎo)軌所在的平面內(nèi),分布著磁感應(yīng)強度B=0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場。金屬導(dǎo)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(zhì)量m=0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直

15、且接觸良好,導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5 Ω,金屬導(dǎo)軌電阻不計,g取10 m/s2,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80。求: (1)通過導(dǎo)體棒的電流; (2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小; (3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力。 答案:(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N 解析:(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律 I=ER0+r=1.5A。 (2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小 F安=BIl=0.30N。 (3)導(dǎo)體棒受力分析如圖所示,將重力正交分解,F1=mgsin37°=0.24N,F1

16、安, 解得Ff=0.06N。 13.如圖所示,位于同一個水平面上的兩根平行金屬導(dǎo)軌,放置在斜向左上、與水平面成θ角的勻強磁場中,一根質(zhì)量為m的通有恒定電流I的金屬條在導(dǎo)軌上向右運動。導(dǎo)軌間距離為l,金屬條與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ。 (1)金屬條以速度v做勻速運動,求磁場的磁感應(yīng)強度的大小; (2)為了使金屬條盡快運動距離x,可通過改變磁場的方向來實現(xiàn),求改變磁場方向后,金屬條運動距離x的過程中安培力對金屬條所做的功。 答案:(1)μmgIl(sinθ+μcosθ) (2)μmgx1+μ2(sinθ+μcosθ) 解析:(1)對金屬條受力分析,如圖,F=BIl 豎直方向平衡有FN+Fcosθ=mg,水平方向勻速運動有Fsinθ-Ff=0, 又Ff=μFN,聯(lián)立解得B=μmgIl(sinθ+μcosθ)。 (2)金屬條盡快運動距離x,則加速度最大。對金屬條水平方向應(yīng)用牛頓第二定律有Fsinα-Ff=ma,又Ff=μFN=μ(mg-Fcosα),解得a=F(sinα+μcosα)m-μg。 改變磁場的方向,安培力的大小不變,方向改變。由數(shù)學知識可知,a最大時有sinα=11+μ2, 在此過程中安培力做功 W=BIlsinα·x,解得 W=μmgx1+μ2(sinθ+μcosθ)。