高中物理人教新版自我檢測(cè)磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用word版含解析

一、選擇題(本題共9小題，每小題6分，共54分，1～7題為單選題，8～9題為多選題)1.(2022·海南高考)如圖，一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面(紙面)上，銅線所在空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下。當(dāng)銅線通有順時(shí)針方向電流時(shí)，銅線所受安培力的方向 ()A.向前 B.向后 C.向左 D.向右【解析】選A。根據(jù)左手定則和半圓形粗銅線的對(duì)稱性，由力的合成可知銅線所受安培力的方向向前，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2.如圖所示，直導(dǎo)線AB、螺線管E、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn)，其磁場(chǎng)互不影響，當(dāng)開關(guān)S閉合后，則小磁針北極N(黑色一端)指示磁場(chǎng)方向正確的是 () 【解析】選C。根據(jù)安培定則可判斷出電流的磁場(chǎng)方向，再根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極的指向?yàn)榇艌?chǎng)的方向可知C正確。3.如圖所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L=1m。P、M間接有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E=6V、內(nèi)阻不計(jì)的電源和一個(gè)滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌接觸良好，棒的質(zhì)量為m=kg，棒的中點(diǎn)用垂直棒的細(xì)繩經(jīng)光滑輕質(zhì)定滑輪與物體相連，物體的質(zhì)量M=kg。棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，導(dǎo)軌與棒的電阻不計(jì)，g取10m/s2)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T，方向豎直向下，為了使物體保持靜止，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不可能的是 ()Ω Ω Ω Ω【解析】選A。對(duì)棒受力分析可知，其必受繩的拉力FT=Mg和安培力F安=BIL=BELR。若摩擦力向左，且滿足BELR1+μmg=Mg，代入數(shù)據(jù)解得R1=4Ω；若摩擦力向右，且滿足BELR2-μmg=Mg，代入數(shù)據(jù)解得R2=Ω，所以R的取值范圍為Ω≤R≤44.如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看) ()A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升【解析】選A。(1)電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元，由于O′O段電流方向與該處磁場(chǎng)方向平行，所以不受安培力作用；AO′段電流元所在處的磁場(chǎng)方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場(chǎng)方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里。綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O′段為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)。(2)特殊位置法把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。綜上所述，A正確?！究偨Y(jié)提升】判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的常規(guī)思路5.如圖所示，質(zhì)量m=kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度l=1m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面向下(磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E=8V、內(nèi)阻r=1Ω，額定功率為8W、額定電壓為4V的電動(dòng)機(jī)M正常工作。取sin37°=，cos37°=，重力加速度大小g取10m/s2，則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ()T T T T【解析】選C。電動(dòng)機(jī)M正常工作時(shí)的電流I1=P1U=2A，電源內(nèi)阻上的電壓U′=E-U=8V-4V=4V，根據(jù)歐姆定律得干路中的電流I=U'r=4A，通過導(dǎo)體棒的電流I2=I-I1=2A，導(dǎo)體棒受力平衡，由BI2l=mgsin37°，得B=6.一通電直導(dǎo)線與x軸平行放置，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與xOy坐標(biāo)平面平行，導(dǎo)線受到的安培力為F。若將該導(dǎo)線做成34圓環(huán)，放置在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)，如圖所示，并保持通電的電流不變，兩端點(diǎn)a、b連線也與x軸平行，則圓環(huán)受到的安培力大小為 () 23π 22【解析】選C。根據(jù)安培力公式，安培力F與導(dǎo)線長(zhǎng)度l成正比，若將該導(dǎo)線做成34圓環(huán)，由l=34×2πR，解得圓環(huán)的半徑R=2l3π，34圓環(huán)a、b兩點(diǎn)之間的距離l′=2R=22l3π。由F7.如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn)，O為半圓弧的圓心，∠MOP=60°。在M、N處各有一條長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，這時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1。若將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處，則O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，那么B2與B1之比為 ()A.3∶1 B.3∶2 ∶1 ∶2【解析】選B。如圖甲所示，當(dāng)通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線在M、N兩處時(shí)，根據(jù)安培定則可知，二者在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都為B12。當(dāng)將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移到P處時(shí)，如圖乙所示，兩直導(dǎo)線在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B12，作平行四邊形，由圖中的幾何關(guān)系，可得cos30°=B22B1【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為l2、l和3l。關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是 ()處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零【解析】選A、D。對(duì)于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，根據(jù)其產(chǎn)生磁場(chǎng)的特點(diǎn)及安培定則，可知兩導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)等大反向，合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，B錯(cuò)誤，D正確；兩導(dǎo)線在a、c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度都是同向疊加的，但方向相反，C錯(cuò)誤；由于a離導(dǎo)線近，a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的大，A正確。8.(2022·江蘇高考)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(zhǎng)直導(dǎo)線，通過的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時(shí)針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是()A.均向左 B.均向右的向左，b的向右 的向右，b的向左【解析】選C、D。a、b的電流均向左或均向右時(shí)，根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)及其分布和疊加可知，在a、b導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)方向相反，則由左手定則可以判斷平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相同，線框所受的合力不為0，故不可能靜止，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；a、b的電流方向相反時(shí)，在a、b導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)方向相同，平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反，用對(duì)稱性也可以判斷線框的另外兩邊所受的磁場(chǎng)力也大小相等方向相反，故線框處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C、D正確?！炯庸逃?xùn)練】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)線和直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)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P。當(dāng)P中通以方向垂直紙面向外的電流時(shí)()A.導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動(dòng)B.導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動(dòng)C.從上往下看，導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【解析】選D。當(dāng)直導(dǎo)線P中通以垂直紙面向外的電流時(shí)，由安培定則可判斷出，長(zhǎng)直導(dǎo)線P產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，磁感線是以P為圓心的同心圓，半圓弧導(dǎo)線與磁感線平行，不受安培力，由左手定則可判斷出，直導(dǎo)線ab所受的安培力方向垂直紙面向外，cd所受的安培力方向垂直紙面向里，從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故D正確。9.(2022·南昌模擬)如圖所示，三條長(zhǎng)直導(dǎo)線a、b、c都通以垂直紙面的電流，其中a、b兩根導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向外。O點(diǎn)與a、b、c三條導(dǎo)線距離相等，且Oc⊥ab?，F(xiàn)在O點(diǎn)垂直紙面放置一小段通電導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向里，導(dǎo)線受力方向如圖所示。則可以判斷 ()點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與F相同B.長(zhǎng)導(dǎo)線c中的電流方向垂直紙面向外C.長(zhǎng)導(dǎo)線a中電流I1小于b中電流I2D.長(zhǎng)導(dǎo)線c中電流I3小于b中電流I2【解析】選B、C。由左手定則可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與安培力方向垂直，故A錯(cuò)誤；由左手定則可知，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與F垂直斜向右下方，此磁場(chǎng)方向可分解為水平向右和豎直向下，所以導(dǎo)線c在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向應(yīng)水平向右，由右手定則可知，導(dǎo)線c中的電流為垂直紙面向外，導(dǎo)線a在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向上，導(dǎo)線b在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向下，所以長(zhǎng)導(dǎo)線a中電流I1小于b中電流I2，由于不知道安培力的具體方向，所以無法判斷長(zhǎng)導(dǎo)線c中電流I3是否小于b中電流I2，故B、C正確，D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(16分，需寫出規(guī)范的解題步驟)10.電流天平可以用來測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。測(cè)量前天平已調(diào)至平衡，測(cè)量時(shí)，在左邊托盤中放入質(zhì)量m1=g的砝碼，右邊托盤中不放砝碼，將一個(gè)質(zhì)量m0=g、匝數(shù)n=10、下邊長(zhǎng)l=cm的矩形線圈掛在右邊托盤的底部，再將此矩形線圈的下部分放在待測(cè)磁場(chǎng)中，如圖甲所示，線圈的兩頭連在如圖乙所示的電路中，不計(jì)連接導(dǎo)線對(duì)線圈的作用力，電源電動(dòng)勢(shì)E=V，內(nèi)阻r=Ω。開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)可變電阻R1使天平平衡，此時(shí)理想電壓表示數(shù)U=V，R1=10Ω。g取10m/s2，求：(1)線圈下邊所受安培力的大小F，以及線圈中電流的方向；(2)矩形線圈的電阻R；(3)該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小?！窘馕觥?1)天平平衡，因此有m1g=m0g+F，可得F=m1g-m0g=N，F(xiàn)的方向豎直向下，根據(jù)左手定則可判斷出線圈中電流方向?yàn)轫槙r(shí)針。(2)線圈中電流的大小I=E-Ur=A，根據(jù)電路規(guī)律有U=I(R1(3)矩形線圈下邊所受安培力大小F=nBIl，可得B=FnIl=答案：(1)N順時(shí)針(2)4Ω(3)T11.(10分)(多選)(2022·太原模擬)如圖，兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，底端接電阻R，輕彈簧上端固定，下端懸掛質(zhì)量為m的金屬棒，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好。除電阻R外，其余電阻不計(jì)。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌所在平面。靜止時(shí)金屬棒位于A處，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為Δl，彈性勢(shì)能為Ep。重力加速度大小為g。將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持水平，則 ()A.當(dāng)金屬棒的速度最大時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量為ΔlB.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于mgΔl-EpC.金屬棒第一次到達(dá)A處時(shí)，其加速度方向向下D.金屬棒第一次下降過程通過電阻R的電荷量比第一次上升過程的多【解析】選B、D。金屬棒的速度最大時(shí)，合力為零，由平衡條件有mg=kx+F安。金屬棒原來靜止時(shí)有mg=kΔl。兩式對(duì)比可得x<Δl，即金屬棒的速度最大時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量小于Δl。故A錯(cuò)誤。金屬棒最后靜止在A處，從釋放到金屬棒最后靜止的過程中，其重力勢(shì)能減小，轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和彈簧的彈性勢(shì)能，則由能量守恒定律可得：電阻R上產(chǎn)生的熱量Q=mgΔl-Ep。故B正確。金屬棒第一次到達(dá)A處時(shí)，受到重力、彈簧的彈力和安培力，且重力與彈力大小相等、方向相反，安培力方向向上，所以合力等于安培力，方向向上，可知加速度方向向上，故C錯(cuò)誤。根據(jù)能量守恒定律知，金屬棒第一次下降的高度大于第一次上升的高度，根據(jù)q=ΔΦR12.(20分)“電磁炮”是利用電磁力對(duì)彈體加速的新型武器，具有速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)。如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計(jì)，軌道寬為L(zhǎng)=m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1×102T?！半姶排凇睆楏w總質(zhì)量m=kg，其中彈體在軌道間的電阻R=Ω。可控電源的內(nèi)阻r=Ω，電源的電壓能自行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗(yàn)發(fā)射時(shí)，電源為加速?gòu)楏w提供的電流是I=4×103A，不計(jì)空氣阻力。求：(1)彈體所受安培力大小。(2)彈體從靜止加速到4km/s，軌道至少要多長(zhǎng)？(3)彈體從靜止加速到4km/s過程中，該系統(tǒng)消耗的總能量?！窘馕觥?1)在導(dǎo)