2025版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第11章磁場(chǎng)第27講磁場(chǎng)的描述與磁吃電流的作用提能訓(xùn)練

第十一章第27講基礎(chǔ)過(guò)關(guān)練題組一磁場(chǎng)安培定則的應(yīng)用與磁場(chǎng)的疊加1．(2024·浙江嘉興質(zhì)檢)如圖所示為某一通電螺線管俯視截面圖，一枚可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針?lè)胖迷谒淖蠖?。矩形線圈abcd放置在螺線管內(nèi)，已知ab＝l1，bc＝l2，在螺線管中通入如圖所示的電流，螺線管內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(C)A．螺線管內(nèi)磁場(chǎng)方向水平向右B．小磁針右端為N極C．若線圈abcd中通入順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，則bc邊所受安培力方向垂直紙面對(duì)里D．若線圈abcd中通入的電流大小為I，則ab邊受到的安培力大小為BIl1[解析]依據(jù)安培定則，可得螺線管內(nèi)磁場(chǎng)方向水平向左，則小磁針的右端為S極，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；若線圈abcd中通入順時(shí)針?lè)较虻碾娏鳎罁?jù)左手定則可知，bc邊所受安培力的方向垂直紙面對(duì)里，C選項(xiàng)正確；ab邊電流方向與磁場(chǎng)方向平行，故不受安培力，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。2．(多選)(2024·福建卷)地球本身是一個(gè)大磁體，其磁場(chǎng)分布示意圖如圖所示。學(xué)術(shù)界對(duì)于地磁場(chǎng)的形成機(jī)制尚無(wú)共識(shí)。一種理論認(rèn)為地磁場(chǎng)主要源于地表電荷隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的環(huán)形電流?；诖死碚?，下列推斷正確的是(AC)A．地表電荷為負(fù)電荷B．環(huán)形電流方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同C．若地表電荷的電量增加，則地磁場(chǎng)強(qiáng)度增大D．若地球自轉(zhuǎn)角速度減小，則地磁場(chǎng)強(qiáng)度增大[解析]依據(jù)右手螺旋定則可知，地表電荷為負(fù)電荷，故A正確；由右手螺旋定則可知，環(huán)形電流方向?yàn)樽詵|向西與地球自轉(zhuǎn)方向相反，故B錯(cuò)誤；若地表電荷的電量增加，則等效電流越大，地磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，故C正確；若地球自轉(zhuǎn)角速度減小，則等效電流減小，地磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，故D錯(cuò)誤。故選AC。3.已知通電長(zhǎng)直導(dǎo)線在四周空間某位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與電流大小成正比，與該位置到長(zhǎng)直導(dǎo)線的距離成反比。如圖所示，現(xiàn)有通有電流大小相同的兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線分別固定在正方體的兩條邊dh和hg上，彼此絕緣，電流方向分別由d流向h、由h流向g，則關(guān)于a、b、c、e、f五點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(C)A．f、a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同B．c、e兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為2∶1C．c點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大D．c點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與ac平行[解析]由對(duì)稱性可知，f、a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但是方向不相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)通過(guò)每根直導(dǎo)線的電流為I，則B＝eq\f(kI,r)，若正方形邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，則c點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bc＝eq\f(2kI,L)，e點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Be＝eq\f(\r(2)kI,L)，大小之比為eq\r(2)∶1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；a、b、c、e、f五個(gè)點(diǎn)中c點(diǎn)距離兩通電導(dǎo)線距離都是最小，且兩根通電導(dǎo)線在c點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，都沿著b→c方向，則合成后磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。題組二安培力的分析和計(jì)算4．(多選)全球性“超導(dǎo)熱”的興起，使超導(dǎo)電磁船的制造成為可能。如圖是電磁船的簡(jiǎn)化原理圖，MN和CD是與電源相連的兩個(gè)電極，MN與CD之間部分區(qū)域有垂直紙面對(duì)內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生，其獨(dú)立電路部分未畫(huà)出)，兩電極之間的海水會(huì)受到安培力的作用，船體就在海水的反作用力推動(dòng)下向前駛動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(BC)A．要使船前進(jìn)，圖中MN導(dǎo)體棒應(yīng)接直流電源的正極B．變更電極的正負(fù)或磁場(chǎng)方向，可限制船前進(jìn)或后退C．增大電極間的電流，可增大船航行的速度D．增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可減小船體的推動(dòng)力[解析]當(dāng)MN接直流電源的正極時(shí)，海水中電流方向由MN指向CD，依據(jù)左手定則，海水受到的安培力指向船頭方向，依據(jù)牛頓第三定律可知，船體受到海水指向船尾方向的作用力，故使船體向后運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；變更電極的正負(fù)或磁場(chǎng)方向，可變更安培力的方向，可限制船前進(jìn)或后退，B項(xiàng)正確；增大電極間的電流，依據(jù)安培力公式，增大了安培力(動(dòng)力)，由牛頓其次定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，C項(xiàng)正確；增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，由安培力公式F＝BIL可知，可增大船體的推動(dòng)力，D項(xiàng)錯(cuò)誤。故選BC。5.如圖所示，邊長(zhǎng)為l的正三角形線框abc用兩根絕緣細(xì)線對(duì)稱懸掛，靜止時(shí)ab直線水平，線框中通有沿順時(shí)針?lè)较虻碾娏鳎瑘D中水平虛線通過(guò)ac邊和bc邊的中點(diǎn)e、f，在虛線的下方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)線框向里，此時(shí)每根細(xì)線的拉力大小為F1，現(xiàn)保持其他條件不變，將虛線下方的磁場(chǎng)移至虛線上方，使虛線為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的下邊界，此時(shí)每根細(xì)線的拉力大小為F2，則導(dǎo)線框中的電流大小為(A)A.eq\f(2F1－F2,Bl) B．eq\f(F1－F2,\r(3)Bl)C.eq\f(F1－F2,Bl) D．eq\f(\r(3)F1－F2,Bl)[解析]設(shè)三角形線框的質(zhì)量為m，當(dāng)磁場(chǎng)在虛線下方時(shí)，如圖1所示。線框各邊受到斜向下的安培力，大小各為F＝eq\f(1,2)BIl。依據(jù)左手定則，可知，安培力夾角為120°，因此安培力合力為F安，即F安＝eq\f(1,2)BIl，由平衡條件知2F1＝mg＋F安。當(dāng)把磁場(chǎng)移到虛線上方時(shí)，線框各邊受到安培力，如圖2所示。ac和bc兩邊受到的安培力大小各為F′＝eq\f(1,2)BIl。其夾角為120°，ab邊受到安培力大小為F″＝BIl。由矢量合成法則以及數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)得線框受到的安培力的合力方向豎直向上，大小為F安′＝eq\f(1,2)BIl。在豎直方向由平衡條件知2F2＋F安′＝mg，兩式相減可得I＝eq\f(2F1－F2,Bl)，A項(xiàng)正確，B、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。故選A。題組三安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)和平衡問(wèn)題6.(多選)如圖所示，兩個(gè)完全相同、所在平面相互垂直的導(dǎo)體圓環(huán)P、Q中間用絕緣細(xì)線連接，通過(guò)另一絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，當(dāng)P、Q中同時(shí)通有圖示方向的恒定電流時(shí)，關(guān)于兩圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)(從上向下看)以及細(xì)線中張力的變更，下列說(shuō)法正確的是(AD)A．P沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，Q沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)B．P沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，Q沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩細(xì)線張力均不變C．P與天花板連接的細(xì)線和與Q連接的細(xì)線張力均增大D．P與天花板連接的細(xì)線張力不變[解析]依據(jù)安培定則，P產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向垂直于紙面對(duì)外，Q產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向右，依據(jù)同名磁極相互排斥的特點(diǎn)，從上向下看，P將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，Q將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)后P、Q兩環(huán)的電流的方向相反，但下方細(xì)線與P、Q連接處的電流方向相同，所以兩個(gè)圓環(huán)相互吸引，P、Q間細(xì)線張力減小。由整體法可知，P與天花板連接的細(xì)線張力總等于兩環(huán)的重力之和，大小不變，故A、D兩項(xiàng)正確，B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。7．(多選)(2024·湖南瀏陽(yáng)月考)一根重為G的金屬棒中通以恒定電流，平放在傾角為30°的光滑斜面上，如圖所示為截面圖。當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與斜面成60°角斜向上時(shí)，金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)金屬棒對(duì)斜面的壓力大小為FN1，保持磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，將磁場(chǎng)的方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角時(shí)，金屬棒再次處于平衡狀態(tài)，此時(shí)金屬棒對(duì)斜面的壓力大小為FN2，則下列說(shuō)法不正確的是(AB)A．金屬棒中的電流方向垂直紙面對(duì)外B．金屬棒受到的安培力為eq\f(\r(3),2)GC．α＝60°D.eq\f(FN1,FN2)＝eq\f(1,2)[解析]當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與斜面成60°角斜向上時(shí)，金屬棒受力平衡，可知安培力垂直磁場(chǎng)方向斜向上，依據(jù)左手定則可知金屬棒中的電流方向垂直紙面對(duì)里，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)金屬棒受力分析，如圖所示，沿斜面方向依據(jù)平衡條件可得FAsin60°＝Gsin30°，解得金屬棒受到的安培力FA＝eq\f(\r(3),3)G，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于安培力沿斜面方向的分力與重力沿斜面對(duì)下的分力大小相等，則磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)后安培力方向關(guān)于斜面對(duì)稱，依據(jù)幾何關(guān)系可得磁場(chǎng)的方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α＝60°，選項(xiàng)C正確；依據(jù)平衡條件可得FN1＝Gcos30°－FAsin30°＝eq\f(\r(3),3)G，F(xiàn)N2＝Gcos30°＋FAsin30°＝eq\f(2\r(3),3)G，所以eq\f(FN1,FN2)＝eq\f(1,2)，選項(xiàng)D正確。故選AB。實(shí)力綜合練8.如圖所示為六根與水平面平行的導(dǎo)線的橫截面示意圖，導(dǎo)線分布在正六邊形的六個(gè)角，導(dǎo)線所通電流方向已在圖中標(biāo)出。已知每條導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，則正六邊形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向(D)A．大小為零B．大小為2B0，方向沿x軸負(fù)方向C．大小為4B0，方向沿x軸正方向D．大小為4B0，方向沿y軸正方向[解析]依據(jù)磁場(chǎng)的疊加原理，將最右面電流方向向里的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與最左面電流方向向外的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行合成，則這兩根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1；同理，將左上方電流方向向外的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與右下方電流方向向里的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行合成，則這兩根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2；將右上方電流方向向里的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與左下方電流方向向外的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行合成，則這兩根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B3，如圖所示，依據(jù)磁場(chǎng)疊加原理可知B1＝B2＝B3＝2B0，由幾何關(guān)系可知B2與B3的夾角為120°，故將B2與B3合成，則它們的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為2B0，方向與B1的方向相同，最終將其與B1合成，可得正六邊形中心處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為4B0，方向沿y軸正方向，選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤。9．(多選)電磁炮是將電磁能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的裝置。我國(guó)電磁炮曾在936坦克登陸艦上進(jìn)行了海上測(cè)試，據(jù)稱測(cè)試中彈丸以2580m/s的出口速度，擊中了220km外的目標(biāo)。如圖是“電磁炮”模型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平平行金屬導(dǎo)軌M、N的間距l(xiāng)＝0.2m，電阻不計(jì)，在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝1×102T。裝有彈體的導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌M、N上的最左端，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)體棒ab(含彈體)的質(zhì)量m＝0.2kg，在導(dǎo)軌M、N間部分的電阻R＝0.8Ω，可控電源的內(nèi)阻r＝0.2Ω。在某次模擬放射時(shí)，可控電源為導(dǎo)體棒ab供應(yīng)的電流恒為I＝4×103A，不計(jì)空氣阻力，導(dǎo)體棒ab由靜止加速到v＝4km/s后放射彈體。則(BD)A．其他條件不變，若彈體質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，射出速度將變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(\r(2),2)B．其他條件不變，若水平金屬導(dǎo)軌的長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，加速時(shí)間將變?yōu)樵瓉?lái)的eq\r(2)倍C．其他條件不變，若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，射出速度將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍D．該過(guò)程系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱為1.6×105J[解析]導(dǎo)體棒受到的安培力F＝IlB，由牛頓其次定律有IlB＝ma，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v2＝2ax，聯(lián)立解得v＝eq\r(\f(2IlBx,m))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或依據(jù)動(dòng)能定理有Fx＝\f(1,2)mv2－0，而F＝IlB，聯(lián)立得v＝\r(\f(2IlBx,m))))，其他條件不變，若彈體質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，由于導(dǎo)體棒與彈體的總質(zhì)量m不是原來(lái)的2倍，可知射出速度將減小，但無(wú)法確定具體變?yōu)槎嗌?，故A錯(cuò)誤；依據(jù)x＝eq\f(1,2)at2，其他條件不變，若水平金屬導(dǎo)軌的長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，彈體的加速時(shí)間將變?yōu)樵瓉?lái)的eq\r(2)倍，故B正確；依據(jù)v＝eq\r(\f(2IlBx,m))，其他條件不變，若B變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則彈體的射出速度將變?yōu)樵瓉?lái)的eq\r(2)倍，故C錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒與彈體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓其次定律得F＝IlB＝ma，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律得v＝at，代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得該過(guò)程須要的時(shí)間t＝1×10－2s，該過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I2(R＋r)t，解得Q＝1.6×105J，故D正確。10．(多選)(2024·安徽合肥質(zhì)檢)一金屬條放置在相距為d的兩金屬軌道上，如圖所示。現(xiàn)讓金屬條以v0的初速度從AA′進(jìn)入水平軌道，再由CC′進(jìn)入半徑為r的豎直圓軌道，金屬條到達(dá)豎直圓軌道最高點(diǎn)的速度大小為v，完成圓周運(yùn)動(dòng)后，再回到水平軌道上，整個(gè)軌道除圓軌道光滑外，其余均粗糙，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬條始終與軌道垂直且接觸良好。已知由外電路限制流過(guò)金屬條的電流大小始終為I，方向如圖所示，整個(gè)軌道處于水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，A、C間的距離為L(zhǎng)，金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g，則由題中信息可以求出(ABD)A．金屬條的質(zhì)量B．金屬條在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力的大小和方向C．金屬條運(yùn)動(dòng)到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度D．金屬條與水平粗糙軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)[解析]在圓軌道最高點(diǎn)，由牛頓其次定律，有BId＋mg＝meq\f(v2,r)，A項(xiàng)正確；由于不知道CD間距離，故不能求出金屬條運(yùn)動(dòng)到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度，C項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬條從起先運(yùn)動(dòng)至到達(dá)圓軌道最高點(diǎn)，由動(dòng)能定理得－(mg＋BId)·2r－μ(mg＋BId)·L＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，可以求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ，D項(xiàng)正確；由題中信息可求出金屬條在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力的大小和方向，B項(xiàng)正確。11．(多選)(2024·山西長(zhǎng)治高三聯(lián)考)如圖甲所示為利用磁場(chǎng)力來(lái)提升導(dǎo)電液體的電磁泵，電磁泵的左右兩側(cè)為兩塊相同的、間距為l的長(zhǎng)方形金屬薄板，金屬板底邊長(zhǎng)為b，其底部開(kāi)有高度可忽視的狹縫，電磁泵的前后兩側(cè)為兩塊相同的絕緣薄板，兩金屬板間接有直流電源。如圖乙所示，足夠大的絕緣容器中裝有深度為h的導(dǎo)電液體，電磁泵置于容器中，兩金屬板間加方向垂直紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，初始時(shí)，電源的電壓為0，慢慢增大電源的電壓，兩板間液面緩慢上升(初始時(shí)金屬板間導(dǎo)電液體液面高為h)。已知導(dǎo)電液體的密度為ρ0、電阻率為ρ，重力加速度為g。則(AC)A．兩金屬板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里B．初始時(shí)，兩金屬板間液體的電阻為ρeq\f(h,lb)C．當(dāng)U＝eq\f(ρ0ρgl,2B)時(shí)，兩板間液面高度為2hD．兩板間液面從h高度緩慢上升至2h高度的過(guò)程中，電源消耗的電能等于ρ0blh2g[解析]想實(shí)現(xiàn)兩板間液面上升，導(dǎo)電液體須要受到向上的安培力，由圖可知電流方向向右，依據(jù)左手定則可知，所加磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)里，故A正確；依據(jù)電阻定律可知，初始時(shí)兩金屬板間液體的電阻為R＝ρeq\f(l,hb)，故B錯(cuò)誤；當(dāng)液面穩(wěn)定在高度2h時(shí)，兩板間液體的電阻為R′，則有R′＝ρeq\f(l,2hb)，當(dāng)兩板間所加電壓為U時(shí)，設(shè)流過(guò)導(dǎo)電液體的電流為I，由歐姆定律可得I＝eq\f(U,R′)，外加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B時(shí)，設(shè)液體所受安培力的大