高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十五 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用

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專題十五 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用考綱解讀章內(nèi)容考試要求說明必考加試磁場(chǎng)磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)bb1.不要求計(jì)算導(dǎo)線與磁場(chǎng)不垂直時(shí)的安培力2利用安培力公式，綜合其他力學(xué)規(guī)律，求解力學(xué)與電學(xué)綜合的問題只限于所受各力在一條直線或相互垂直的情形磁感應(yīng)強(qiáng)度cc幾種常見的磁場(chǎng)bb通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力cd一、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)1磁極間的相互作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引圖12奧斯特實(shí)驗(yàn)(如圖1所示)：(1)通電直導(dǎo)線沿南北方向放置在小磁針的上方(2)意義：說明通電導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，首先揭示了電與磁之間是有聯(lián)系的3磁場(chǎng)(1)磁場(chǎng)：存在于磁體周圍或電流周圍的一種客觀存在的特殊物質(zhì)磁體與磁體之間、磁體和通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體和通電導(dǎo)體之間的相互作用都是通過磁場(chǎng)發(fā)生的(2)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體或通電導(dǎo)體有力的作用(3)地磁場(chǎng)：地球磁體的N極(北極)位于地理南極附近，地球磁體的S極(南極)位于地理北極附近二、磁感應(yīng)強(qiáng)度安培定則1磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)定義式：B(通電導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng))(2)方向：小磁針靜止時(shí)N極的指向(3)單位：特斯拉，簡稱特(T)，1 T1 .(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，由磁場(chǎng)本身決定，是用比值法定義的2磁感線(1)引入：在磁場(chǎng)中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致(2)特點(diǎn)：磁感線的特點(diǎn)與電場(chǎng)線的特點(diǎn)類似，主要區(qū)別在于磁感線是閉合的曲線(3)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖2所示)圖23常見電流的磁場(chǎng)通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流安培定則三、安培力1安培力的方向(1)左手定則：伸出左手，讓拇指與其余四指垂直，并且都在同一個(gè)平面內(nèi)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流方向拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向(2)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流相互吸引，異向電流相互排斥2勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的大小(1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)maxBIL.(2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流平行時(shí)，安培力等于零1下列四圖為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖，正確的分布圖是()A B C D答案C解析由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，正確，錯(cuò)誤，和為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可判斷出正確，錯(cuò)誤故正確選項(xiàng)為C.2(2016臺(tái)州模擬)磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖3所示，則()圖3Aa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbBa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbC同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小答案B解析在磁場(chǎng)中，磁感線疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，故BaI2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是()圖4Aa點(diǎn) Bb點(diǎn) Cc點(diǎn) Dd點(diǎn)答案C解析要使某點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，必有I1和I2形成的兩個(gè)磁場(chǎng)在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等大反向，只有c點(diǎn)有可能，選C.7如圖5所示的電路中，電池相同，當(dāng)開關(guān)S分別置于A、B兩處時(shí)，導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小分別為FA、FB，可判斷這兩段導(dǎo)線()圖5A相互吸引，F(xiàn)AFBB相互排斥，F(xiàn)AFBC相互吸引，F(xiàn)AFBD相互排斥，F(xiàn)AFB答案D解析開關(guān)接A時(shí)導(dǎo)線中的電流小于接B時(shí)導(dǎo)線中的電流，故FAFB.兩種情況下兩段導(dǎo)線中均為反向電流，故相互排斥選項(xiàng)D正確8(2016湖州調(diào)研)如圖6，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為L，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力()圖6A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILBC方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILB答案A解析導(dǎo)線所受合力F合ILB2BILsin 45(1)ILB，方向沿紙面向上9(多選)圖7中裝置可演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用電磁鐵上、下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b及導(dǎo)軌兩端e、f分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動(dòng)下列說法正確的是()圖7A若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動(dòng)B若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動(dòng)C若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動(dòng)D若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動(dòng)答案BD解析若a接正極，b接負(fù)極，電磁鐵磁極間磁場(chǎng)方向向上，e接正極，f接負(fù)極，由左手定則判定金屬桿所受安培力向左，則L向左滑動(dòng)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，同理判定B、D選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤10通電矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖8所示，ad邊與MN平行，關(guān)于MN中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用，下列敘述中正確的是()圖8A線框有兩條邊受到的安培力方向相同B線框有兩條邊受到的安培力大小相同C整個(gè)線框有向里收縮的趨勢(shì)D若導(dǎo)線MN向左微移，各邊受力將變小，但合力不變答案B解析由直線電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的特點(diǎn)可知，與導(dǎo)線距離相等的位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，因此ab邊與cd邊受到的安培力大小相等，B對(duì)；由安培定則知MN中電流在導(dǎo)線框處產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向里，由左手定則可判定ab邊受力方向向下，cd邊受力方向向上，ad邊受力方向向左，bc邊受力方向向右，但ad邊受到的力大于bc邊受到的力，整個(gè)線框有向外擴(kuò)張的趨勢(shì)，A、C錯(cuò)；若MN向左微移，則線框各邊所在處磁場(chǎng)均減弱，故各邊受力均變小，但ad邊所在處減弱更多，故線框所受向左的合力變小，D錯(cuò)11(2016寧波模擬)如圖9所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個(gè)條件，角的相應(yīng)變化情況是()圖9A金屬棒中的電流變大，角變大B兩懸線等長變短，角變小C金屬棒質(zhì)量變大，角變大D磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，角變小答案A解析選金屬棒MN為研究對(duì)象，其受力情況如圖所示根據(jù)平衡條件及三角形知識(shí)可得tan ，所以當(dāng)金屬棒中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大時(shí)，角變大，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時(shí)，角變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；角的大小與懸線長短無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤12質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)體棒放置于四分之一光滑圓弧軌道上，整個(gè)裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，直導(dǎo)體棒中通有恒定電流，平衡時(shí)導(dǎo)體棒與圓弧圓心的連線與豎直方向成60角，其截面圖如圖10所示則下列關(guān)于導(dǎo)體棒中的電流分析正確的是()圖10A導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向外，大小為B導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向外，大小為C導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向里，大小為D導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向里，大小為答案C解析導(dǎo)體棒受到豎直向下的重力、斜向上的彈力，要使導(dǎo)體棒平衡，應(yīng)受水平向右的安培力，重力和安培力的合力大小與彈力大小相等、方向相反，由平衡條件有tan 60，得導(dǎo)體棒中電流大小I，再由左手定則可知，導(dǎo)體棒中電流的方向應(yīng)垂直紙面向里，故只有選項(xiàng)C正確13(多選)如圖11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(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.垂直于導(dǎo)軌水平對(duì)稱放置一根均勻金屬棒從t0時(shí)刻起，棒上通以如圖乙所示的持續(xù)交變電流I，周期為T，最大值為Im，圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较騽t金屬棒()圖11A一直向右移動(dòng)B速度隨時(shí)間周期性變化C受到的安培力隨時(shí)間周期性變化D受到的安培力在一個(gè)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內(nèi)所受安培力向右，大小恒定，故金屬棒向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，在T內(nèi)金屬棒所受安培力與0內(nèi)大小相等、方向相反，金屬棒向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，一個(gè)周期結(jié)束時(shí)金屬棒速度恰好為零，以后始終向右重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B、C正確；在0時(shí)間內(nèi)，安培力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，安培力做正功，在T時(shí)間內(nèi)，安培力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，安培力做負(fù)功，在一個(gè)周期內(nèi)，安培力所做的總功為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤14如圖12所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L1 m導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m0.2 kg，棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)定滑輪與一物體相連(繩與棒垂直)，物體的質(zhì)量為M0.3 kg.導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5(g取10 m/s2)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T，方向豎直向下，為了使物體勻速上升，應(yīng)在棒中通入多大的電流？方向如何？圖12答案2 A由a指向b解析對(duì)導(dǎo)體棒ab 受力分析，由平衡條件得，豎直方向FNmg，水平方向BILFfMg0，又FfFN，聯(lián)立解得I2 A，由左手定則知電流方向由a指向b.15如圖13所示，在傾角30的斜面上，固定一寬L0.25 m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動(dòng)變阻器R.電源電動(dòng)勢(shì)E12 V，內(nèi)阻r1 ，一質(zhì)量m20 g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.80 T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì))金屬導(dǎo)軌是光滑的，取g10 m/s2，要使金屬棒在導(dǎo)軌上保持靜止，求：圖13(1)金屬棒所受到的安培力的大小(2)通過金屬棒的電流的大小(3)滑動(dòng)變阻器R接入電路中的阻值答案(1)0.1 N(2)0.5 A(3)23 解析(1)金屬棒靜止在金屬導(dǎo)軌上受力平衡，如圖所示F安mgsin 30，代入數(shù)據(jù)得F安0.1 N.(2)由F安BIL得I0.5 A.(3)設(shè)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為R0，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：EI(R0r)解得R0r23 .