2020版高考物理大一輪復(fù)習 第九章 磁場 2 第一節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用課后達標能力提升.doc

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第一節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用 (建議用時：35分鐘) 1．(2019江西十校模擬)1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)．在奧斯特實驗中，將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置，小指針靠近直導(dǎo)線，下列結(jié)論正確的是(　　) A．把小磁針放在導(dǎo)線的延長線上，通電后，小磁針會轉(zhuǎn)動 B．把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，在導(dǎo)線與小磁針之間放置一塊鋁板，通電后，小磁針不會轉(zhuǎn)動 C．把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，給導(dǎo)線通以恒定電流，然后逐漸增大導(dǎo)線與小磁針之間的距離，小磁針轉(zhuǎn)動的角度(與通電前相比)會逐漸減小 D．把黃銅針(用黃銅制成的小指針)平行地放在導(dǎo)線的下方，通電后，黃銅針會轉(zhuǎn)動 解析：選C.將小磁針放在導(dǎo)線的延長線上，通電后，小磁針不會轉(zhuǎn)動，A錯；把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，在導(dǎo)線與小磁針之間放置一塊鋁板，通電后，小磁針仍然會轉(zhuǎn)動，B錯；把小磁針放在導(dǎo)線下方，給導(dǎo)線通以恒定電流，導(dǎo)線周圍存在磁場，距導(dǎo)線越遠，磁場越弱，小磁針轉(zhuǎn)動的角度(與通電前相比)越小，C對；黃銅針沒有磁性，不會轉(zhuǎn)動，D錯． 2．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強磁場中所受的安培力，下列說法正確的是(　　) A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線 B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向 C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān) D．將直導(dǎo)線從中點折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话? 解析：選B.安培力的方向始終與電流方向和磁場方向垂直，選項A錯誤，選項B正確；由F＝BILsin θ可知，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角有關(guān)，選項C錯誤；將直導(dǎo)線從中點折成直角時，因磁場與導(dǎo)線的夾角未知，則安培力的大小不能確定，選項D錯誤． 3.如圖所示，一個半徑為R的導(dǎo)電圓環(huán)與一個軸向?qū)ΨQ的發(fā)散磁場處處正交，環(huán)上各點的磁感應(yīng)強度B大小相等，方向均與環(huán)面軸線方向成θ角(環(huán)面軸線為豎直方向)．若導(dǎo)電圓環(huán)上通有如圖所示的恒定電流I，則下列說法不正確的是(　　) A．導(dǎo)電圓環(huán)有收縮的趨勢 B．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力方向豎直向上 C．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2BIR D．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2πBIRsin θ 解析：選C.若導(dǎo)電圓環(huán)上通有如題圖所示的恒定電流I，由左手定則可得導(dǎo)電圓環(huán)上各小段所受安培力斜向內(nèi)，導(dǎo)電圓環(huán)有收縮的趨勢，導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力方向豎直向上，導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2πBIRsin θ，選項A、B、D正確． 4. 如圖所示，用三條細線懸掛的水平圓形線圈共有n匝，線圈由粗細均勻、單位長度質(zhì)量為2.5 g的導(dǎo)線繞制而成，三條細線呈對稱分布，穩(wěn)定時線圈平面水平，在線圈正下方放有一個圓柱形條形磁鐵，磁鐵的中軸線OO′垂直于線圈平面且通過其圓心O，測得線圈的導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強度大小為0.5 T，方向與豎直線成30角，要使三條細線上的張力為零，線圈中通過的電流至少為(g取10 m/s2)(　　) A．0.1 A　　 B．0.2 A C．0.05 A D．0.01 A 解析：選A. 設(shè)線圈半徑為R，通電線圈受到的安培力為每小段導(dǎo)線所受的安培力的合力F＝nBI2πRsin 30，所受重力為G＝n2πRρg，平衡時有：F＝G，nBI2πRsin 30＝n2πRρg，得I＝，代入數(shù)據(jù)得I＝0.1 A，故A正確． 5.如圖所示，蹄形磁鐵用懸線懸于O點，在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導(dǎo)線，當導(dǎo)線中通以由左向右的電流時，蹄形磁鐵的運動情況將是(　　) A．靜止不動 B．向紙外平動 C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動 D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動 解析：選C.采取轉(zhuǎn)換研究對象法判斷．在圖示位置，導(dǎo)線左端受磁場力垂直紙面向里，右端受磁場力垂直紙面向外，由牛頓第三定律可知，蹄形磁鐵N極受力垂直紙面向外，S極向里，故C正確． 6. (2019衡陽模擬)如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中有兩根豎直放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF，導(dǎo)軌上放一金屬棒MN.現(xiàn)從t＝0時刻起，給金屬棒通以圖示方向的電流且電流強度與時間成正比，即I＝kt，其中k為常量，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好．下列關(guān)于金屬棒的速度v、加速度a隨時間t變化的關(guān)系圖象，可能正確的是(　　) 解析：選D.從t＝0時刻起，金屬棒通以電流I＝kt，由左手定則可知，安培力方向垂直紙面向里，使其緊壓導(dǎo)軌，導(dǎo)致金屬棒在運動過程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在減小，當滑動摩擦力小于重力時速度與加速度方向相同，所以金屬棒做加速度減小的加速運動．當滑動摩擦力等于重力時，加速度為零，此時速度達到最大．當安培力繼續(xù)增大時導(dǎo)致加速度方向豎直向上，則出現(xiàn)加速度與速度方向相反，因此做加速度增大的減速運動．v－t圖象的斜率絕對值表示加速度的大小，故選項A、B均錯誤．對金屬棒MN，由牛頓第二定律得mg－μFN＝ma，而FN＝BIL＝BktL，即mg－μBktL＝ma，因此a＝g－t，顯然加速度a與時間t成線性關(guān)系，故選項C錯誤，D正確． 二、多項選擇題 7．(2019汕頭模擬)如圖是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，線圈中a、b兩條導(dǎo)線長均為l，通以圖示方向的電流I，兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度大小均為B.則(　　) A．該磁場是勻強磁場 B．線圈平面總與磁場方向垂直 C．線圈將順時針轉(zhuǎn)動 D．a(chǎn)、b導(dǎo)線受到的安培力大小總為BIl 解析：選CD.勻強磁場的磁感應(yīng)強度應(yīng)大小處處相等，方向處處相同，由圖可知，選項A錯誤；在圖示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，線圈順時針轉(zhuǎn)動，選項C正確；易知選項B錯誤；由于磁感應(yīng)強度大小不變，電流大小不變，則安培力大小始終為BIl，選項D正確． 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放置一直導(dǎo)線，導(dǎo)線通電時指南針不偏轉(zhuǎn) 解析：選BC.指南針是一個小磁體，具有N、S兩個磁極，因為地磁場的作用，指南針的N極指向地理的北極，選項A錯誤，選項B正確．因為指南針本身是一個小磁體，所以會對附近的鐵塊產(chǎn)生力的作用，同時指南針也會受到反作用力，所以會受鐵塊干擾，選項C正確．在地磁場中，指南針南北指向，當直導(dǎo)線在指南針正上方平行于指南針南北放置時，通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場在指南針處是東西方向，所以會使指南針偏轉(zhuǎn)，選項D錯誤． 9. 如圖所示，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ＝30，金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好．整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中．當磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上時，金屬桿ab剛好處于靜止狀態(tài)，要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運動，可以采取的措施是(　　) A．增大磁感應(yīng)強度B B．調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流增大 C．增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ D．將電源正負極對調(diào)使金屬桿中的電流方向改變 解析：選AB.對金屬桿受力分析，沿導(dǎo)軌方向：－mgsin θ＝0，若想讓金屬桿向上運動，則增大，A、B正確；若增大θ，則mgsin θ增大，C錯誤；若電流反向，則金屬桿受到的安培力反向，D錯誤． 10．(2017高考全國卷Ⅱ)某同學(xué)自制的簡易電動機示意圖如圖所示．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.如果將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉，則線圈在安培力作用下轉(zhuǎn)動起來，每轉(zhuǎn)一周安培力驅(qū)動一次，可保證線圈不斷地轉(zhuǎn)動，A項正確；如果左、右轉(zhuǎn)軸上下側(cè)的絕緣漆均刮掉，不能保證線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動下去，B項錯誤；如果僅左轉(zhuǎn)軸的上側(cè)絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸的下側(cè)絕緣漆刮掉，則線圈中不可能有電流，因此線圈不可能轉(zhuǎn)動，C項錯誤；如果左轉(zhuǎn)軸上下側(cè)的絕緣漆均刮掉，右轉(zhuǎn)軸僅下側(cè)的絕緣漆刮掉效果與A項相同，因此D項正確． 三、非選擇題 11. 據(jù)報道，最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示．炮彈(可視為長方形導(dǎo)體)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁接觸良好．開始時炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出．設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d＝0.10 m，導(dǎo)軌長L＝5.0 m，炮彈質(zhì)量m＝0.30 kg.導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示．可以認為，炮彈在軌道內(nèi)運動時，它所在處磁場的磁感應(yīng)強度始終為B＝2.0 T，方向垂直于紙面向里．若炮彈出口速度為v＝2.0103 m/s，求通過導(dǎo)軌的電流I.忽略摩擦力與重力的影響． 解析：在導(dǎo)軌通有電流I時，炮彈作為導(dǎo)體受到磁場施 加的安培力為F＝IdB 根據(jù)動能定理有FL＝mv2 聯(lián)立解得I＝ 代入題給數(shù)據(jù)得I＝6.0105 A. 答案：6.0105 A 12.如圖所示，在水平地面上固定一對與水平面傾角為α的光滑平行導(dǎo)電軌道，軌道間的距離為l，兩軌道底端的連線與軌道垂直，頂端接有電源．將一根質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒ab放在兩軌道上，且與兩軌道垂直．已知通過導(dǎo)體棒的恒定電流大小為I，方向由a到b，重力加速度為g，在軌道所在空間加一豎直向上的勻強磁場，使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止． (1)求磁場對導(dǎo)體棒的安培力的大??； (2)如果改變導(dǎo)軌所在空間的磁場方向，試確定使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止的勻強磁場磁感應(yīng)強度B的最小值和方向． 解析：(1)導(dǎo)體棒受力如圖所示 根據(jù)共點力平衡條件可知，磁場對導(dǎo)體棒的安培力的大小F安＝mgtan α. (2)要使磁感應(yīng)強度最小，則要求安培力最?。鶕?jù)受力情況可知，最小安培力F安min＝mgsin α，方向平行于軌道斜向上 所以最小磁感應(yīng)強度Bmin＝＝ 根據(jù)左手定則可判斷出，此時的磁感應(yīng)強度的方向為垂直軌道平面斜向上． 答案：(1)mgtan α　(2)　垂直軌道平面斜向上