高考物理一輪復(fù)習(xí)-第九章-第1講-磁場的描述-磁場對電流的作用

[A組基礎(chǔ)題組]一、單項選擇題1.(2021·四川省攀枝花統(tǒng)考)如圖所示，在同一絕緣水平面上固定三根平行且等間距的長直通電導(dǎo)線a、b、c，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流。已知導(dǎo)線a受到的安培力方向向左，則下列說法正確的是()A．導(dǎo)線b中電流方向一定與導(dǎo)線a中電流方向相同B．導(dǎo)線c受到的安培力一定向右C．導(dǎo)線a、c受到的安培力的大小不一定相等D．導(dǎo)線b受到的安培力一定最大解析：由于導(dǎo)線a受到的安培力方向垂直導(dǎo)線向左，則導(dǎo)線b中電流方向一定與導(dǎo)線a中電流方向相反，故A錯誤；若導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相反，則導(dǎo)線c受到安培力的方向向左，若導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相同，則導(dǎo)線c受到安培力的方向向右，故B錯誤；當(dāng)導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相同時，導(dǎo)線a、c受到安培力的大小相等，當(dāng)導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相反時，導(dǎo)線a、c受到的安培力大小不等，故C正確；當(dāng)導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相同時，導(dǎo)線b受到的安培力為零，故D錯誤。答案：C2.將長為L的導(dǎo)線彎成六分之一圓弧，固定于垂直紙面向外、大小為B的勻強磁場中，兩端點A、C連線豎直，如圖所示。若給導(dǎo)線通以由A到C、大小為I的恒定電流，則導(dǎo)線所受安培力的大小和方向是()A．ILB，水平向左 B．ILB，水平向右C．eq\f(3ILB,π)，水平向右 D．eq\f(3ILB,π)，水平向左解析：弧長為L，圓心角為60°，則弦長LAC＝eq\f(3L,π)，導(dǎo)線受到的安培力F＝BILAC＝eq\f(3ILB,π)，由左手定則可知，導(dǎo)線受到的安培力方向水平向左。答案：D3.如圖所示，用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN，電流I的方向從M到N，繩子的拉力均為F。為使F＝0，可能達(dá)到要求的方法是()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：根據(jù)左手定則可知，在MN中通入從M→N的電流，在空間加上垂直于紙面向里的磁場，可以使MN受到向上的安培力，這樣可以使MN受到繩子的拉力為零，故A、B、D錯誤，C正確。答案：C4.一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，如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時，從左向右看，線圈L1將()A．不動 B．順時針轉(zhuǎn)動C．逆時針轉(zhuǎn)動 D．在紙面內(nèi)平動解析：方法一：電流元分析法把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中，根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上，由左手定則可得，上半部分電流元所受安培力均指向紙外，同理可知下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法二：等效分析法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向，由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法三：結(jié)論法環(huán)形電流I1、I2之間不平行，由于兩不平行的電流的相互作用，則兩環(huán)必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得，從左向右看，線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。答案：B5.(2021·河南開封模擬)如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，水平放置一根長為l、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。當(dāng)導(dǎo)體棒中的恒定電流I垂直于紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，可將導(dǎo)體棒置于勻強磁場中，當(dāng)外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的方向由豎直向上逆時針轉(zhuǎn)至水平向左的過程中，關(guān)于B的大小的變化，正確的是()A．逐漸增大 B．逐漸減小C．先增大后減小 D．先減小后增大解析：對導(dǎo)體棒受力分析，受重力G、支持力FN和安培力FA，三力平衡，合力為零，其變化過程如圖所示，可以看出，安培力FA先變小后變大，由于FA＝BIl，其中電流I和導(dǎo)體棒的長度l均不變，故磁感應(yīng)強度先變小后變大，選項D正確。答案：D二、多項選擇題6．(2021·寧夏回族自治區(qū)高三模擬)電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是()A.當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時，兩線圈電流方向相同B．當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩線圈電流方向相同C．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力等于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力D．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對平衡力解析：當(dāng)兩線圈電流相同時，表現(xiàn)為相互吸引，電流方向相反時，表現(xiàn)為相互排斥，故當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩者相互排斥，電流方向相反，當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時，兩者相互吸引，電流方向相同，A正確，B錯誤；線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對相互作用力，等大反向，C正確；靜止時，線圈Ⅱ平衡，線圈Ⅱ受重力、托盤對線圈Ⅱ的支持力、線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力，D錯誤。答案：AC7.(2019·高考江蘇卷)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長直導(dǎo)線，通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、b的電流方向可能是()A．均向左 B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右 D．a(chǎn)的向右，b的向左解析：若a、b的電流方向均向左，根據(jù)安培定則和磁場的疊加可知，a直導(dǎo)線到a、b直導(dǎo)線正中間部分的磁場方向垂直紙面向外，而b直導(dǎo)線到a、b直導(dǎo)線正中間部分的磁場方向垂直紙面向里，再根據(jù)左手定則可知，矩形線框受到的安培力的合力不為零，與題中線框在磁場作用下靜止不符；同理，若a、b的電流方向均向右，可知矩形線框受到的安培力的合力不為零，與題中線框在磁場作用下靜止也不符，選項A、B均錯誤。若a的電流方向向左、b的電流方向向右，根據(jù)安培定則和磁場的疊加可知，a、b直導(dǎo)線在a、b直導(dǎo)線中間所有空間產(chǎn)生的磁場方向均垂直紙面向外，根據(jù)左手定則可知，矩形線框受到的安培力的合力為零，與題中線框在磁場作用下靜止相符；同理，若a的電流方向向右、b的電流方向向左，根據(jù)安培定則和磁場的疊加可知，a、b直導(dǎo)線在a、b直導(dǎo)線中間所有空間產(chǎn)生的磁場方向均垂直紙面向里，根據(jù)左手定則可知，矩形線框受到的安培力的合力也為零，與題中線框在磁場作用下靜止相符，選項C、D均正確。答案：CD8.(2021·廣東梅州調(diào)研)如圖所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌，左端通過開關(guān)S與內(nèi)阻不計、電動勢為E的電源相連，右端與半徑為L＝20cm的光滑圓弧導(dǎo)軌相接。導(dǎo)軌寬度為20cm，電阻不計。導(dǎo)軌所在空間有豎直方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝0.5T。一根導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量m＝60g、電阻R＝1Ω，用兩根長也為20cm的絕緣細(xì)線懸掛，導(dǎo)體棒恰好與導(dǎo)軌接觸。當(dāng)閉合開關(guān)S后，導(dǎo)體棒沿圓弧擺動，擺動過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且細(xì)線處于張緊狀態(tài)。導(dǎo)體棒ab速度最大時，細(xì)線與豎直方向的夾角θ＝53°(sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，g取10m/s2A.磁場方向一定豎直向上B．電源的電動勢E＝8VC．導(dǎo)體棒在擺動過程中所受安培力F＝8ND．導(dǎo)體棒擺動過程中的最大動能為0.08J解析：當(dāng)開關(guān)S閉合時，導(dǎo)體棒向右擺動，說明其所受安培力水平向右，由左手定則可知，磁場方向豎直向下，故A錯誤；設(shè)電路中電流為I，電源的電動勢為E，導(dǎo)體棒ab所受安培力為F，導(dǎo)體棒ab速度最大時，細(xì)線與豎直方向的夾角θ＝53°，則tanθ＝eq\f(F,mg)，由F＝BIL＝Beq\f(E,R)L，解得F＝0.8N，E＝8V，故B正確，C錯誤；根據(jù)動能定理得FLsin53°－mgL(1－cos53°)＝Ek－0，解得Ek＝0.08J，故D正確。答案：BD[B組能力題組]9.(多選)電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩水平平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場)，磁感應(yīng)強度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是()A．只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B．只將電流I增加至原來的2倍C．只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變解析：彈體所受安培力為F安＝BIl，由動能定理得：BIlL＝eq\f(1,2)mv2，只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其速度將增加至原來的eq\r(2)倍，A錯誤；只將電流I增加至原來的2倍，其磁感應(yīng)強度也隨之增加至原來的2倍，其速度將增加至原來的2倍，B正確；只將彈體質(zhì)量減至原來的一半，其速度將增加至原來的eq\r(2)倍，C錯誤；將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍時，其速度將增加至原來的2倍，D正確。答案：BD10．(多選)(2021·四川省瀘縣高三下學(xué)期第二次適應(yīng)考試)如圖所示為兩條平行的光滑絕緣導(dǎo)軌，其中半圓導(dǎo)軌豎直放置、水平導(dǎo)軌與半圓導(dǎo)軌相切于C、E兩點，整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中?，F(xiàn)將一導(dǎo)體棒垂直導(dǎo)軌放置，開始時導(dǎo)體棒位于圖中的A處，當(dāng)導(dǎo)體棒中通有如圖所示方向的電流時，導(dǎo)體棒由靜止開始運動，并能到達(dá)與半圓導(dǎo)軌圓心等高的D處。已知導(dǎo)軌的間距為L＝0.4m，磁場的磁感應(yīng)強度大小B＝0.5T，導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m＝0.05kg，長度為L′＝0.5m，導(dǎo)體棒中的電流大小為I＝2A，eq\x\to(AC)＝eq\x\to(OD)＝1m，重力加速度為g＝10m/s2。下列說法正確的是()A．導(dǎo)體棒在A點的加速度大小為10m/sB．導(dǎo)體棒在D點的速度大小為5mC．導(dǎo)體棒在D點的向心加速度大小為10eq\r(5)m/s2D．導(dǎo)體棒在D點時，半圓導(dǎo)軌對通電導(dǎo)體棒的作用力大小為1.5N解析：由牛頓第二定律得IBL′＝ma，解得a＝10m/s2，故A正確；由動能定理有IBL′(eq\x\to(AC)＋eq\x\to(OD))－mgeq\x\to(OC)＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝2eq\r(5)m/s，故B錯誤；由牛頓第二定律有F－IBL′＝meq\f(v2,r)＝ma′，且r＝1m，解得a′＝20m/s2，F(xiàn)＝1.5N，故C錯誤，D正確。答案：AD11.如圖所示，在水平放置的光滑平行導(dǎo)軌一端架著一根質(zhì)量m＝0.04kg的金屬棒ab，導(dǎo)軌另一端通過開關(guān)與電源相連。該裝置放在高h(yuǎn)＝20cm的絕緣墊塊上。當(dāng)有豎直向下的勻強磁場時，接通開關(guān)，金屬棒ab會被拋到距導(dǎo)軌右端水平位移s＝100cm處。試求開關(guān)接通后安培力對金屬棒做的功。(g取10m解析：在接通開關(guān)到金屬棒離開導(dǎo)軌的短暫時間內(nèi)，安培力對金屬棒做的功為W，由動能定理得W＝eq\f(1,2)mv2，設(shè)平拋運動的時間為t，則豎直方向h＝eq\f(1,2)gt2，水平方向s＝vt，聯(lián)立以上三式解得W＝0.5J。答案：0.5J12．如圖，一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的磁感應(yīng)強度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3cm。重力加速度大小取10m/s解析：依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從