浙江專版2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)提升作業(yè)二十三磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用含解析

PAGE8-磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用(建議用時(shí)40分鐘)1.如圖所示為松軟絕緣線圈,通電后線圈向橫桿中心集中,如圖所示,則出現(xiàn)這一狀況的緣由是 ()A.安培力的作用 B.庫(kù)侖力的作用C.電磁感應(yīng)作用 D.電場(chǎng)力的作用【解析】選A。由題意可知,松軟絕緣線圈通電后線圈向橫桿中心集中,是線圈中的電流方向相同而出現(xiàn)的同向電流相吸、異向電流相斥的現(xiàn)象,是安培力的作用所導(dǎo)致,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。2.如圖所示的四幅圖都是通電直導(dǎo)線放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的狀況,其中直導(dǎo)線所受安培力為零的是 ()【解析】選D。導(dǎo)線與磁感線方向平行時(shí),導(dǎo)線所受安培力為零,故A、B、C安培力都不為零,D安培力為零。故D正確。3.(2024·杭州模擬)某愛(ài)好小組制作了一個(gè)可以測(cè)量電流的儀器,其主要原理如圖所示。有一金屬棒PQ放在兩金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌間距L=0.5m,處在同一水平面上。軌道置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T。棒兩側(cè)的中點(diǎn)分別固定勁度系數(shù)k=100N/m的相同彈簧。閉合開(kāi)關(guān)S前,兩彈簧為原長(zhǎng),P端的指針對(duì)準(zhǔn)刻度尺的“0”處;閉合開(kāi)關(guān)S后,金屬棒PQ向右移動(dòng),靜止時(shí)指針對(duì)準(zhǔn)刻度尺1.5cm處。下列推斷正確的是 ()A.電源N端為正極B.閉合開(kāi)關(guān)S后,電路中電流為1.5AC.閉合開(kāi)關(guān)S后,電路中電流為3AD.閉合開(kāi)關(guān)S后,將滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng),金屬棒PQ將接著向右移動(dòng)【解析】選C。閉合開(kāi)關(guān)S后,金屬棒PQ向右移動(dòng),依據(jù)左手定則可知,電流為從P到Q,電源的M端為正極,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;靜止時(shí),則2kΔx=BIL,解得I=2k2×100×1.5×10-22×0.5A=3A,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;閉合開(kāi)關(guān)S后4.(2024·全國(guó)卷Ⅲ)如圖,在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面對(duì)里的電流I時(shí),紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。假如讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 ()A.0B.33B0C.233B0【解析】選C。如圖所示,P、Q中的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,設(shè)為B1,由幾何關(guān)系可知B1=33B假如讓P中的電流反向、其他條件不變時(shí),如圖所示,由幾何關(guān)系可知:a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B=B02+B12=233B0,故5.如圖所示,用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)導(dǎo)線框,導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和在同一條水平直線上的直導(dǎo)線EF、GH連接而成的閉合回路,導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流,處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線的圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線O。當(dāng)O中通以垂直紙面對(duì)里的電流時(shí) ()A.長(zhǎng)直導(dǎo)線O產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿著O中電流方向看為逆時(shí)針?lè)较駼.半圓弧導(dǎo)線ECH受安培力大于半圓弧導(dǎo)線FDG受安培力C.EF所受的安培力方向垂直紙面對(duì)外D.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【解析】選D。當(dāng)直導(dǎo)線O中通以垂直紙面對(duì)里的電流時(shí),由安培定則可推斷出長(zhǎng)直導(dǎo)線O產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?選項(xiàng)A錯(cuò)誤;磁感線是以O(shè)為圓心的同心圓,半圓弧導(dǎo)線與磁感線平行不受安培力,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由左手定則可推斷出直導(dǎo)線EF所受的安培力方向垂直紙面對(duì)里,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;GH所受的安培力方向垂直紙面對(duì)外,從上往下看,導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。6.如圖所示用電流天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。掛在天平右臂下方的單匝線圈中通入逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?此時(shí)天平處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)若磁場(chǎng)發(fā)生微小改變,天平最簡(jiǎn)單失去平衡的是 ()【解析】選A。天平原本處于平衡狀態(tài),所以線框所受安培力越大,天平越簡(jiǎn)單失去平衡,由于線框平面與磁場(chǎng)強(qiáng)度垂直,且線框不全在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),所以線框與磁場(chǎng)區(qū)域的交點(diǎn)的長(zhǎng)度等于線框在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度,由圖可知,A圖的有效長(zhǎng)度最長(zhǎng),磁場(chǎng)強(qiáng)度B和電流大小I相等,所以A所受的安培力最大,則A圖最簡(jiǎn)單使天平失去平衡。故選A。【加固訓(xùn)練】如圖所示為電流天平,可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂上掛有一匝數(shù)為N的矩形線圈,線圈下端在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里。當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時(shí),發(fā)覺(jué)天平的右端低左端高,下列哪些調(diào)整方案可以使天平水平平衡 ()A.僅減小電流大小B.僅增大線框的寬度lC.僅減輕左盤砝碼的質(zhì)量D.僅增加線圈的匝數(shù)【解析】選A。天平左端高右端低,說(shuō)明左端輕右端重,要使天平平衡,可以增加左盤砝碼質(zhì)量,也可以減小右盤砝碼質(zhì)量,選項(xiàng)C錯(cuò);依據(jù)左手定則推斷可知線圈在磁場(chǎng)中受到豎直向下的安培力F=NBIl,故也可以減小安培力,等效于減小右盤砝碼質(zhì)量,減小安培力可以實(shí)行減小電流大小,減小線框的寬度l或者削減線圈的匝數(shù),選項(xiàng)A正確,B、D錯(cuò)誤。7.(2024·浙江10月選考真題)如圖所示,把一根通電的硬直導(dǎo)線ab,用輕繩懸掛在通電螺線管正上方,直導(dǎo)線中的電流方向由a向b。閉合開(kāi)關(guān)S瞬間,導(dǎo)線a端所受安培力的方向是 ()A.向上 B.向下C.垂直紙面對(duì)外 D.垂直紙面對(duì)里【解析】選D。依據(jù)右手定則可知,開(kāi)關(guān)閉合后,螺線管產(chǎn)生的磁極N極在右側(cè)。依據(jù)左手定則可知,a端受力垂直紙面對(duì)里,選項(xiàng)D正確。8.如圖所示,兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有大小相等、方向相反的恒定電流I,a、b分別為同一平面內(nèi)兩根導(dǎo)線的橫截面中心,c、d為ab連線上的兩點(diǎn),且ac=cb=bd。下列說(shuō)法正確的是 ()A.d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零C.c、d兩點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相反D.c、d兩點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同【解題指導(dǎo)】解答該題的思路:(1)先分析a、b兩長(zhǎng)直導(dǎo)線分別在c、d兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向。(2)再求合磁感應(yīng)強(qiáng)度?！窘馕觥窟xC。由安培定則分析a、b兩長(zhǎng)直導(dǎo)線在c處的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖所示:,且Ba=Bb,故c處的Bc≠0,且向右,B錯(cuò)。分析a、b兩長(zhǎng)直導(dǎo)線在d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖所示:,且B′b>B′a,故d處的Bd≠0,且向左,A、D錯(cuò),C對(duì)。9.如圖,足夠長(zhǎng)的直線ab靠近通電螺線管,與螺線管平行。用磁傳感器測(cè)量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖象是 ()【解題指導(dǎo)】解答本題時(shí)應(yīng)留意理解以下兩點(diǎn):(1)離電流越遠(yuǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度越弱。(2)通電螺線管兩端磁性最強(qiáng),中間最弱?！窘馕觥窟xC。通電螺線管外部中間處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,兩端磁感應(yīng)強(qiáng)度最大,沿兩端往外磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,所以用磁傳感器測(cè)量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖象是C。10.長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)體棒a放置在光滑絕緣水平面上,無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線b與a平行放置,導(dǎo)體棒a與力傳感器相連,如圖所示(俯視圖),a、b中通有方向相同的恒定電流,其大小分別為Ia、Ib,此時(shí)傳感器顯示b對(duì)a的作用力為F?，F(xiàn)加一個(gè)垂直水平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,力傳感器顯示的作用力大小為2F,則下列說(shuō)法正確的是 ()A.電流Ia在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為FIbB.電流Ib在導(dǎo)體棒a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向豎直向下C.所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向下,大小為B0=2D.導(dǎo)線b所受合力為零【解析】選B。因電流Ia在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小并不是到處相等的,故A錯(cuò)誤;無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線b的電流Ib在導(dǎo)體棒a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小到處相等,由右手螺旋定則可知方向垂直水平面對(duì)下,因加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,導(dǎo)體棒a所受安培力由F變?yōu)?F,說(shuō)明電流Ib在導(dǎo)體棒a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度完全一樣,大小為B0,B正確;由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義可知B0=FIaL,C錯(cuò)誤;由牛頓第三定律知導(dǎo)體棒a對(duì)導(dǎo)線b的作用力也為F,但外加磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線b11.如圖所示,水平導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.5m,導(dǎo)軌電阻忽視不計(jì);導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m=1kg,電阻R0=0.9Ω,與導(dǎo)軌接觸良好;電源電動(dòng)勢(shì)E=10V,內(nèi)阻r=0.1Ω,電阻R=4Ω;外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T,方向垂直于ab,與導(dǎo)軌平面成夾角α=53°;ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力),定滑輪摩擦不計(jì),線對(duì)ab的拉力為水平方向,重力加速度g取10m/s2,ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:(1)通過(guò)ab的電流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小。(3)重物重力G的取值范圍。【解析】(1)I=ER+R0+r=2(2)F=BIL=5N。(3)受力如圖所示,fm=μ(mg-Fcos53°)=3.5N。當(dāng)最大靜摩擦力方向向右時(shí),FT=Fsin53°-fm=0.5N當(dāng)最大靜摩擦力方向向左時(shí),FT=Fsin53°+fm=7.5N。所以0.5N≤G≤7.5N。答案:(1)2A方向由a到b(2)5N(3)0.5N≤G≤7.5N【總結(jié)提升】安培力及相關(guān)平衡問(wèn)題的分析技巧(1)求解安培力作用下的導(dǎo)體平衡問(wèn)題一般是先進(jìn)行受力分析,再依據(jù)共點(diǎn)力