2013高考物理二輪專題訓(xùn)練 8-1磁場對電流的作用（含解析）

1、8-1磁場對電流的作用一、選擇題1在磁場中某區(qū)域的磁感線，如圖所示，則()Aa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等Ba>BbBa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba<BbC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解析磁感線的疏密程度表示B的大小，但安培力的大小除跟該處的B的大小和I、L有關(guān)外，還跟導(dǎo)線放置的方向與B的方向的夾角有關(guān)，故C、D錯誤；由a、b兩處磁感線的疏密程度可判斷出Bb>Ba，所以B正確。2(2012·大綱全國理綜)如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方

2、向相反的電流。a、o、b在M、N的連線上，o為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到o點的距離均相等。關(guān)于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是()1 / 17Ao點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零Ba、b兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反Cc、d兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則可知M、N導(dǎo)線中的電流在o點產(chǎn)生的磁場方向均垂直MN連線，由od，故o處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，選項A錯誤；由于M、N兩導(dǎo)線中電流大小相等，根據(jù)對稱性知BaBb，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均垂直于M、N連線，方向相同，選項B錯誤；c、d關(guān)于o點對稱，M、N兩導(dǎo)線中的電流在c

3、、d兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和相等且方向均為cd，選項C正確，由于a、b、c、d四點磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均相同，選項D錯誤。3.(2013·江蘇無錫)有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖在如圖所示的平面內(nèi)，O點為兩根導(dǎo)線連線的中點，M、N為兩導(dǎo)線連線的中垂線上兩點，與O點的距離相等，aM與MN夾角為。若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，單根導(dǎo)線中的電流在M處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是()AM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一定相反BM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為2B0cosCM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為2B0

4、sinD在線段MN上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度都不可能為零答案AB解析作出兩根導(dǎo)線在M、N兩處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并根據(jù)平行四邊形定則求出合磁場，如圖所示，顯然，A、B兩項正確，C項錯誤；兩根導(dǎo)線在M、N兩處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度等大反向，合磁場為零，所以D項錯誤。4(2012·保定調(diào)研)如圖所示，金屬細(xì)棒質(zhì)量為m，用兩根相同的輕彈簧吊放在水平方向的勻強(qiáng)磁場中。彈簧的勁度系數(shù)為k。棒ab中通有穩(wěn)恒電流，棒處于平衡狀態(tài)，并且彈簧的彈力恰好為零。若電流大小不變而方向相反，則()A每根彈簧彈力的大小為mgB每根彈簧彈力的大小為2mgC每根彈簧形變量為D每根彈簧形變量為答案AC解析當(dāng)彈力為零時說明安培力等于重

5、力，電流方向改變時，安培力由向上變?yōu)橄蛳?，則彈力等于2mg，每根彈簧的彈力為mg，故A項正確，B項錯誤；每根彈簧的形變量可以由Fkx，得x，故C項正確，D項錯誤。5(2012·湖南重點中學(xué)調(diào)研)如圖甲所示，兩平行導(dǎo)軌與水平面成角傾斜放置，電源、電阻、金屬細(xì)桿及導(dǎo)軌組成閉合回路。細(xì)桿與導(dǎo)軌間的摩擦不計，整個裝置分別處在如圖乙所示的勻強(qiáng)磁場中，其中可能使金屬細(xì)桿處于靜止?fàn)顟B(tài)的是()答案B解析對四個選項受力分析如圖，可以看出只有B選項可能使金屬細(xì)桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，故B正確。6(2012·浙江紹興期末)如圖所示，豎直放置的平行金屬導(dǎo)軌EF和GH兩部分導(dǎo)軌間距為2L，IJ和MN兩部分導(dǎo)

6、軌間距為L。整個裝置處在水平向里的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿ab和cd的質(zhì)量均為m，可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，且與導(dǎo)軌接觸良好。現(xiàn)對金屬桿ab施加一個豎直向上的作用力F，使其勻速向上運動，此時cd處于靜止?fàn)顟B(tài)，則力F的大小為()AmgB2mgC3mgD4mg答案C解析由cd處于靜止?fàn)顟B(tài)可知cd所受向上的安培力等于mg，ab所受向下安培力等于2mg。由平衡條件可知，力F的大小為3mg，選項C正確。7(2012·豫西五校聯(lián)考)如圖所示，在傾角為的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向

7、正確的是()AB，方向垂直斜面向上BB，方向垂直斜面向下CB，方向豎直向上DB，方向豎直向下答案AC解析 對導(dǎo)體棒受力分析，由平衡條件知安培力必須在如圖所示夾角范圍內(nèi)導(dǎo)體棒才能平衡，則磁場方向豎直向下或垂直于斜面向下，此時導(dǎo)體棒不可能平衡，BD錯誤；若磁場方向垂直斜面向上，由左手定則知安培力的方向沿斜面向上，則mgsinBIL，即B，A正確；若磁場方向豎直向上，由左手定則知安培力的方向水平向右，則mgtanBIL，即B，C正確。8.(2012·蘇北四市三調(diào))如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根豎直放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF，導(dǎo)軌上放有一金屬棒MN。現(xiàn)從t0時刻起，給棒通以圖示方向

8、的電流且電流強(qiáng)度與時間成正比，即Ikt，其中k為常數(shù)，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。下列關(guān)于棒的速度v、加速度a隨時間t變化的關(guān)系圖象，可能正確的是()答案BD解析根據(jù)電流方向和左手定則可判斷金屬棒MN所受安培力方向垂直紙面向里，以金屬棒為研究對象，利用牛頓第二定律有mgfma，而滑動摩擦力fFBILBLkt，化簡得agt，所以D正確；因vt圖象的斜率表示加速度，結(jié)合金屬棒的運動情況和加速度的表達(dá)式可知，金屬棒先做加速度逐漸減小的加速運動，然后做加速度逐漸增大的減速運動，選項B正確。二、非選擇題9某興趣小組在研究長直導(dǎo)線周圍的磁場時，為增大電流，用多根導(dǎo)線捆在一起代替長直導(dǎo)線，不斷改變多根導(dǎo)

9、線中的總電流和測試點與直導(dǎo)線的距離r，測得下表所示數(shù)據(jù)：由上述數(shù)據(jù)可得出磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流I及距離r的關(guān)系式為B_T(要求估算出比例系數(shù)，用等式表示)答案2×107解析分析表格中數(shù)據(jù)可得，B與電流I成正比，與測試點到直導(dǎo)線的距離r成反比，即Bk·，取表格中的第一單元格進(jìn)行計算可得k2×107，即B2×107×T。10(2012·安徽六安)兩條金屬導(dǎo)軌上水平放置一根導(dǎo)電棒ab，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，導(dǎo)電棒質(zhì)量為1.2kg，長1m。當(dāng)導(dǎo)電棒中通入3A電流時，它可在導(dǎo)軌上勻速滑動，若電流增大為5A時，導(dǎo)電棒可獲得2m/s2的加

10、速度，求裝置所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。答案1.2T解析導(dǎo)電棒勻速運動有：摩擦力等于安培力FfF1BI1L導(dǎo)電棒加速運動時，安培力和摩擦力的合力提供加速度：F2Ffma即BI2LFfmaBI2LBI1Lma代入數(shù)據(jù)得B1.2T。11(2012·西安二檢)如圖甲所示，在水平地面上固定一對與水平面傾角為的光滑平行導(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。已知軌道和導(dǎo)體棒的電阻及電源的內(nèi)電阻均不能忽略，通過導(dǎo)體棒的恒定電流大小為I，方向由a到b，圖乙為圖甲沿ab方向觀察的平面圖。若重力加速度為g，在軌道所在

11、空間加一豎直向上的勻強(qiáng)磁場，使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止。(1)請在圖乙所示的平面圖中畫出導(dǎo)體棒受力的示意圖；(2)求出磁場對導(dǎo)體棒的安培力的大小；(3)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(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值的大小和方向。答案(1)如答圖(2)mgtan(3)垂直軌道平面斜向上解析(1)如圖所示(2)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Fmgtan(3)要使磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則要求安培力最小。根據(jù)受力情況可知，最小安培力Fminmgsin，方向平行于軌道斜向上所以最小磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmin根據(jù)左手定則可判斷出，此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向為垂直軌道平面斜向上

12、。12如圖是導(dǎo)軌式電磁炮實驗裝置示意圖。兩根平行長直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊(即實驗用彈丸)?；瑝K可沿導(dǎo)軌無摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過滑塊，再從另一導(dǎo)軌流回電源?；瑝K被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場推動而發(fā)射。在發(fā)射過程中，該磁場在滑塊所在位置始終可以簡化為勻強(qiáng)磁場，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為BkI，比例常數(shù)k2.5×106T/A。已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距L1.5cm，滑塊的質(zhì)量m30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v3.0km/s(此過程視為勻加速運動)。(1)求發(fā)射過程中電源提供的電流；(2)若電源輸出的能量有4%

13、轉(zhuǎn)換為滑塊的動能，則發(fā)射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？答案(1)8.5×105A(2)1.0×109W1.2×103V解析(1) 由勻加速運動的公式a9×105m/s2，由安培力公式和牛頓第二定律，有FBIL，F(xiàn)ma，即kI2Lma。得電源提供的電流I8.5×105A。(2)電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動能，則有Pt×4%mv2發(fā)射過程電源供電時間tv/a×102s電源的輸出功率P1.0×109W又PUI，得電源的輸出電壓U1.2×103V。13(2012·江西九校聯(lián)考)有一長為l

14、0.50m、質(zhì)量10g的通電導(dǎo)線cd，由兩根絕緣細(xì)線水平懸掛在勻強(qiáng)磁場中的z軸上，如圖所示。z軸垂直紙面向外，g10m/s2。(1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B11.0T，方向與x軸負(fù)方向相同時，要使懸線中張力為零，求cd中的電流I1的大小和方向；(2)當(dāng)cd中通入方向由c到d的I20.40A的電流，這時磁感應(yīng)強(qiáng)度B21.0T，方向與x軸正向相同，當(dāng)cd靜止時懸線中的張力是多大？(3)當(dāng)cd通入方向由c到d的I30.10A的電流，若磁場方向垂直z軸，且與y軸負(fù)方向夾角為30°，與x軸正向夾角為60°，磁感應(yīng)強(qiáng)度B32.0T，則導(dǎo)線cd靜止時懸線中的張力又是多大？答案(1)0.20A方向由c到d(2)0.15N(3)0.09N解析(1)要使懸線的張力為零，導(dǎo)線cd受到的磁場力必須與重力平衡，由F1B1I1l，所以I1A0.20A，由左手定則可判定cd中的電流方向由c到d。(2)根據(jù)題意，由左手定則