专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测

专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测

‎ ‎ 第40讲 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力——测 ‎【满分：110分 时间：90分钟】‎ 一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中. 1~8题只有一项符合题目要求； 9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)‎ ‎1．如图所示，无限长导线，均通以恒定电流I，直线部分和坐标轴接近重合，弯曲部分是以坐标原点O为圆心的相同半径的一段圆弧，己知直线部分在原点O处不形成磁场，在第一象限圆弧电流在原点产生的磁感应强度为B，现在原点O处放一小段与x轴重合的长为L的通电导线P（可以视为电流元），导线P的电流大小为I，电流方向沿x轴正方向，则通电导线P受到的安培力的大小和方向是 A． 2BIL，方向与y轴正方向相同 B． 2BIL，方向与y轴负方向相同 C． 4BIL，方向与y轴正方向相同 D． 4BIL，方向与y轴负方向相同 ‎【答案】 A F=2BIL；故A正确，BCD错误 故选A。‎ 点睛：考查通电导线周围磁场的分布和安培力，掌握矢量合成法则，注意叠加原则，理解右手螺旋定则是解题的关键。‎ ‎2．如图所示，是四分之一圆弧，O为圆心，为弧中点，A、D、C 处各有一垂直纸面的通电直导线，电流大小相等，两处电流垂直纸面向里，处电流垂直纸面向外，整个空间再加一个大小为的匀强磁场，处的磁感应强度刚好为零，如果将处电流反向，其他条件都不变，则处的磁感应强度大小为（ ）‎ A． B． C． D． ‎ ‎【答案】 B ‎3．如图所示，竖直长导线通有恒定电流，一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴转动。当线圈绕轴以角速度沿逆时针沿轴线从上往下看方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是　　‎ A． 时，线圈产生的感应电动势最大 B． 时间内，线圈中感应电流方向为abcda C． 时，线圈的磁通量为零，感应电动势也为零 D． 线圈每转动一周电流方向改变一次 ‎【答案】 B ‎【解析】‎ 点睛：此题关键是要知道直导线周围的磁场分布情况，能结合楞次定律或者右手定则判断感应电流的方向；此题同时考查学生的空间想象能力.‎ ‎4．如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小不等（IM>IN）、方向相反的电流。a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等。关于以上几点的磁场，下列说法正确的是（ ）‎ A． c、d两点的磁感应强度大小相等，方向不同 B． a、b两点的磁感应强度大小相等，方向相同 C． o点的磁感应强度为零 D． a、c两点磁感应强度的方向相同 ‎【答案】 A ‎【解析】M在c处产生的磁场方向垂直于cM偏下，在d出产生的磁场方向垂直dM偏下，N在c处产生的 ‎5．利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度B．用绝缘轻质丝线把底边长为L、电阻为R、质量为m的“U”形线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用轻质导线连接线框与电源，电源内阻不计，电压可调，导线的电阻忽略不计。当外界拉力F作用于力敏传感器的挂钩上时，力敏传感器会显示拉力的大小F．当线框接入恒定电压为E1的电源时，力敏传感器显示拉力的大小为F1；当线框接入恒定电压为E2的电源时，力敏传感器显示拉力的大小为F2．下列说法正确的是 A． 当线框接入恒定电压为E1的电源时所受安培力大小为F1‎ B． 当线框接入恒定电压为易的电源时力敏传感器显示拉力的大小为线框所受安培力与重力之差 C． 待测磁场的磁感应强度B的大小为 D． 待测磁场的磁感应强度B的大小为 ‎【答案】 D ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 由图可知，安培力竖直向下；当线框接电动势为E1的电源时力敏传感器显示拉力的大小为F1，所受安培力为F1-F，故A错误；当线框接电动势为E2的电源时力敏传感器显示的拉力大小为线框所受安培力大小与F之差，故B错误；根据题意有：，，联立可得：，故D正确，C错误。所以D正确，ABC错误。‎ ‎6．如图所示，光滑的平行导轨与电源连接后，与水平方向成θ角倾斜放置，导轨上另放一个质量为m的金属导体棒。当开关闭合后，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，图中分别加了不同方向的磁场，其中不可能平衡的是（ ）‎ A． B． C． D． ‎ ‎【答案】 B ‎【点睛】本题在磁场中考查了物体平衡问题，对物体正确进行受力分析，看能否满足平衡条件，同时在应用左手定则时注意：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线进入手心，并使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。‎ ‎7．如图所示，水平导轨与导体棒ab接触良好且电阻均忽略不计，外加匀强磁场与导轨平面成夹角α=53°，细线对ab棒的拉力为水平方向，不计一切摩擦，现适当增加重物G的重力，需同时调节滑动变阻器R以保证ab棒始终处于静止状态，在此过程中(  )‎ A． 需将滑动变阻器R的滑动触头P向左滑 B． A点电势降低 C． ab棒受到的安培力方向始终水平向左 D． ab棒受到的安培力的大小始终等于重物G的重力 ‎【答案】 B B、滑动变阻器R的滑动触头P向右滑，电阻减小，总电阻减小，总电流增大，根据可知路端电压减小，A点电势降低，故B正确；‎ 故选B。‎ ‎8．如图所示，光滑绝缘的斜面与水平面的夹角为θ，导体棒ab静止在斜面上，ab与斜面底边平行，通有图示的恒定电流I，空间充满竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，现缓慢增大θ(0<θ<90°)，若电流I不变，且ab始终静止在斜面上(不考老磁场变化产生的影响)，下列说法正确的是 A． B应缓慢减小 B． B应缓慢增大 C． B应先增大后减小 D． B应先减小后增大 ‎【答案】 B ‎【解析】如图作出右侧侧视图，则可知，金属棒受重力、支持力及向右的安培力的作用；增大角度，则支持力的方向将向左旋转，要使棒仍然平衡，则支持力与安培力的合力一直等于重力，则由图可知，安培力必须增大，故磁感应强度应增大，B正确．‎ ‎【点睛】本题结合安培力考查共点力平衡中的动态平衡，要掌握相应的图解法的应用，明确角度变化时支持力与安培力的合力不变，作出动态变化图即可求解．‎ ‎9．如图所示，一水平放置的通电直导体棒位于竖直向下的匀强磁场中，若将磁场在竖直面内顺时针旋转一小角度或将电流方向反向，则下列说法正确的是（　　）‎ A． 将磁场旋转，导体棒所受安培力的方向不变 B． 将磁场旋转，导体棒所受安培力的大小不变 C． 将电流反向，导体棒所受安培力的方向不变 D． 将电流反向，导体棒所受安培力的大小不变 ‎【答案】 AD 点睛：本题考查导体棒在磁场中的安培力，要注意两点：安培力的方向用左手定则判定． 安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，安培力的大小为F=BILsinθ； 当磁场和电流垂直时，安培力最大为F=BIL； 当磁场和电流平行时安培力等于零．‎ ‎10．电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小。测量前天平已调至平衡，测量时，在左边托盘中放入质量为m的砝码，右边托盘中不放砝码，将一个质量为、匝数为n、下边长为L的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中。如图甲所示，线圈的两头连在如图乙所示的电路中，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势为E，内阻为r。开关S闭合后，调节可变电阻至R1时，天平正好平衡，此时电压表读数为U。已知，取重力加速度为g，则（ ）‎ A． 矩形线圈中电流的方向为逆时针方向 B． 矩形线圈的电阻 C． 匀强磁场的磁感应强度的大小 D． 若仅将磁场反向，在左盘中再添加质量为的砝码可使天平重新平衡 ‎【答案】 AC 故选AC。‎ ‎【点睛】天平平衡后，仅将磁场反向时，安培力方向反向，则右边相当于多了或少了两倍的安培力大小。‎ ‎11．如图(a)所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)，磁场方向如图中箭头所示。在图(b)中 A． 当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 B． 当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 C． 当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 D． 当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 ‎【答案】 AC ‎12．如图所示为水平面内环形电流形成磁场的磁感线的分布，一带负电的小球沿图中上方虚线做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）‎ ‎ ‎ A． 从上向下看，环形电流沿逆时针方向 ‎ B． 从上向下看，小球沿逆时针方向做圆周运动 C． 同一小段通电直导线放在A处时受到的安培力比放在B处时受到的安培力大 D． 小段通电直导线在C处垂直纸面放置时受到的安培力沿磁感线的切线方向 ‎【答案】 AB ‎【解析】根据右手定则，从上向下看，环形电流沿着逆时针方向，故A正确；小球运动轨迹上任一点的磁场可分解为竖直向上和水平向外的两个分量，小球受到的水平分磁场的洛伦兹力与重力平衡，受到竖直分磁场的洛伦兹力提供其圆周运动，根据左手定则可知，从上向下看，小球的运动为逆时针方向的圆周运动，故B正确；通电直导线在磁场中受到安培力不仅仅跟电流大小，导线长度，磁场强弱有关，还与导线与磁场的夹角有关，因此一小段电流恒定的直导线放在A处受到的安培力与放在B处的受到的安培力大小关系不能确定，故C错误；一小段通电导线在C处垂直纸面放置时，受到的安培力与磁感线在C点的切线方向垂直，故D错误；故选AB.‎ 二、非选择题（本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分）‎ ‎13．下图是导轨式电磁炮实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块滑块，滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源。滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射，随即沿水平方向击中放在水平面上的砂箱.在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A．已知两导轨内侧间距l=1.5cm，滑块的质量m=30g，滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s (此过程视为匀加速运动) 。求发射过程中电源提供的电流强度。‎ ‎【答案】 ‎ ‎14．如图所示为一种电磁天平的结构简图，等比天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，线圈未通电时天平两臂平衡；已知线圈的水平边长L=0.1m，，匝数为N=800，线圈的下底边处于匀强磁场内，磁感应强度B=0.5T，方向垂直于线圈平面向里，线圈中通有方向沿顺时针，大小可在0-2A范围内调解的电流I；挂盘放上待测物体后，调解线圈中电流使得天平平衡，测出电流即可测得物体的质量；重力加速度g=10m/s2‎ ‎，试求：该“电磁天平”能够称量的最大质量．‎ ‎【答案】 8kg ‎【解析】由于天平平衡，故安培力为：，又，联立解得：；‎ 当I=2A时，m最大，算得最大称量质量为：；‎ ‎15．在倾角θ＝30°的斜面上，固定一金属框，宽l＝0.25 m，接入电动势E＝12 V、内阻不计的电池．垂直框面放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ＝，整个装置放在磁感应强度B＝0.8 T，垂直框面向上的匀强磁场中(如图所示)．当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g取10 m/s2)‎ ‎【答案】 1.4 Ω≤R≤8.2 Ω 此时金属棒刚好不下滑，满足平衡条件：‎ 此时的电流为：‎ 带入数据解得：‎ ‎(2)当滑动变阻器R取值较小时，I较大，安培力F安较大，会使金属棒产生上滑的趋势，因此金属棒所受静摩擦力沿框面向下，受力如图所示：‎ 点睛：本题主要考查了物体的平衡，当安培力过大使得棒有上滑趋势，所以静摩擦力沿斜面向下；当安培力过小时，棒有下滑的趋势，所以静摩擦力沿斜面向上。‎ ‎16．如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源．将一根质量为的直导体棒放在两轨体会配合，且与两轨道垂直．已知轨客导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略，通过导体棒的恒定电流大小为，方向由到，图乙为图甲沿方向观察的平面图．若重力加速度为，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止．‎ ‎ ‎ ‎（）请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；‎ ‎（）求出磁场对导体棒的安培力的大小；‎ ‎（）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度的最小值的大小和方向．‎ ‎【答案】 （）图见解析（2）；（3） 垂直轨道平面斜向上．‎ ‎（2）根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小 ‎ ‎ F=mgtanα ‎（3）要使磁感应强度最小，则要求安培力最小．根据受力情况可知，最小安培力 ‎ Fmin=mgsinα，方向平行于轨道斜向上 所以最小磁感应强度Bmin=FminIl＝mgsinαIl 根据左手定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上．‎ 点睛：本题是通电导体在磁场中平衡的问题，分析受力情况是解答的基础，关键是判断安培力的方向。‎ ‎ ‎