第十一章第1講　磁場及其對電流的作用-2025版高考總復(fù)習(xí)物理

[基礎(chǔ)落實練]1．(多選)(2022·福建卷)奧斯特利用如圖所示實驗裝置研究電流的磁效應(yīng)。一個可自由轉(zhuǎn)動的小磁針放在白金絲導(dǎo)線正下方，導(dǎo)線兩端與一伏打電池相連。接通電源瞬間，小磁針發(fā)生了明顯偏轉(zhuǎn)。奧斯特采用控制變量法，繼續(xù)研究了導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線材料、電池電動勢以及小磁針位置等因素對小磁針偏轉(zhuǎn)情況的影響。他能得到的實驗結(jié)果有()A．減小白金絲直徑，小磁針仍能偏轉(zhuǎn)B．用銅導(dǎo)線替換白金絲，小磁針仍能偏轉(zhuǎn)C．減小電源電動勢，小磁針一定不能偏轉(zhuǎn)D．小磁針的偏轉(zhuǎn)情況與其放置位置無關(guān)解析：減小導(dǎo)線直徑，仍存在電流，其產(chǎn)生的磁場仍能使小磁針偏轉(zhuǎn)，選項A正確；白金導(dǎo)線換成銅導(dǎo)線，仍存在電流，產(chǎn)生的磁場仍能使小磁針偏轉(zhuǎn)，選項B正確；減小伏打電池電動勢，只要導(dǎo)線中有電流，小磁場還是會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項C錯誤；通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場與地磁場疊加后，其空間磁場方向與位置有關(guān)，當(dāng)小磁針在不同位置時其偏轉(zhuǎn)情況不同，選項D錯誤。答案：AB2．截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導(dǎo)線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導(dǎo)線。若中心直導(dǎo)線通入電流I1，四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2，I1?I2，電流方向如圖所示。下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是()解析：左右兩側(cè)電流與中心電流為同向電流，上下兩側(cè)電流與中心電流為反向電流，由同向電流相互吸引、反向電流相互排斥這一結(jié)論，可知彈性長管左右兩側(cè)受到向里的吸引力，上下兩側(cè)受到向外的斥力，故C項正確。答案：C3．(多選)(2022·全國乙卷)安裝適當(dāng)?shù)能浖螅弥悄苁謾C中的磁傳感器可以測量磁感應(yīng)強度B。如圖，在手機上建立直角坐標系，手機顯示屏所在平面為xOy面。某同學(xué)在某地對地磁場進行了四次測量，每次測量時y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向上。根據(jù)表中測量結(jié)果可推知()測量序號Bx/μTBy/μTBz/μT1021－4520－20－463210－454－210－45A.測量地點位于南半球B．當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃笮〖s為50μTC．第2次測量時y軸正向指向南方D．第3次測量時y軸正向指向東方解析：依題意，z軸正向保持豎直向上，測量結(jié)果表明z軸方向的磁感應(yīng)強度為負，即測量地點的磁感應(yīng)強度的豎直分量是向下的，說明測量地點位于北半球，A錯誤；每次測量得到的地磁場的兩個分量互相垂直，任選一組數(shù)據(jù)根據(jù)平行四邊形定則可以求出當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃鸥袘?yīng)強度大小約為50μT，B正確；在北半球，地磁場的水平分量是由南向北的，第2次測量時得到的水平分量即By是負值，說明y軸正向與地磁場的水平分量方向相反，即指向南方，C正確；第3次測量時By為零，說明y軸沿東西方向，又因Bx為正，即x軸正向指向北方，則y軸正向應(yīng)指向西方，D錯誤。答案：BC4．(多選)如圖所示，用細線將一條形磁體掛于天花板上，磁體處于水平且靜止的狀態(tài)，條形磁體的正下方固定一直導(dǎo)線ab，現(xiàn)將直導(dǎo)線中通入由a指向b的電流，在磁體轉(zhuǎn)動90°的過程中，下列說法正確的是()A．條形磁體的N極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)B．條形磁體的N極向紙面外偏轉(zhuǎn)C．條形磁體受到的拉力小于其受到的重力D．條形磁體受到的拉力大于其受到的重力解析：直導(dǎo)線通入由a指向b的電流時，直導(dǎo)線的左端受到方向垂直紙面向里的安培力，根據(jù)牛頓第三定律可知，磁體的N極受到方向垂直紙面向外的作用力，應(yīng)向紙面外偏轉(zhuǎn)，選項A錯誤，B正確；磁體轉(zhuǎn)動后，對直導(dǎo)線有向上的作用力，所以磁體受到向下的作用力，故條形磁體受到的拉力大于其受到的重力，選項C錯誤，D正確。答案：BD5.(2024·四川成都二模)如圖，紙面內(nèi)正方形abcd的對角線交點O處有垂直紙面放置的通有恒定電流的長直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，所在空間有磁感應(yīng)強度為B0，平行于紙面但方向未知的勻強磁場，已知c點的磁感應(yīng)強度為零，則b點的磁感應(yīng)強度大小為()A．0 B．B0C．eq\r(2)B0 D．2B0解析：已知c點的磁感應(yīng)強度為零，根據(jù)右手螺旋定則可知，長直導(dǎo)線電流在c點的磁場方向垂直O(jiān)c斜向上，大小為B0，則勻強磁場方向垂直O(jiān)c斜向下；長直導(dǎo)線電流在b點的磁場方向垂直O(jiān)b斜向上，與勻強磁場方向垂直，則b點的磁感應(yīng)強度大小為Bb＝eq\r(Beq\o\al(2,0)＋Beq\o\al(2,0))＝eq\r(2)B0，故選項C正確。答案：C6.如圖所示，邊長為L的正方形線框ABCD，ADC邊的電阻與ABC邊的電阻不相等，將線框放在與線框平面垂直、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。電流I從A點流入，從C點流出，O是線框的正中心，下列說法正確的是()A．線框中的電流形成的磁場在O點的磁感應(yīng)強度方向一定垂直于紙面向內(nèi)B．線框中的電流形成的磁場在O點的磁感應(yīng)強度方向一定垂直于紙面向外C．整個線框在勻強磁場中受到的安培力大小為eq\r(2)BILD．整個線框在勻強磁場中受到的安培力大小為4BIL解析：根據(jù)ADC邊的電阻與ABC邊的電阻不相等，可知線框上、下兩部分的電流不相等，由電流形成的磁場在O點的方向可能垂直于紙面向內(nèi)，也有可能垂直于紙面向外，A、B錯誤；電流通過線框的等效長度為eq\r(2)L，故整個線框在勻強磁場中受到的安培力大小為F＝eq\r(2)BIL，C正確，D錯誤。答案：C7.(2024·四川眉山高三期末診斷)如圖所示，兩個完全相同、互相垂直的導(dǎo)體圓環(huán)Q、P(Q平行于紙面，P垂直于紙面)中間用絕緣細線連接，通過另一絕緣細線懸掛在天花板下，當(dāng)Q有垂直紙面往里看逆時針方向的電流、同時P有從右往左看逆時針方向的電流時，關(guān)于兩圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(從上向下看)以及細線中拉力的變化，下列說法中正確的是()A．Q逆時針轉(zhuǎn)動，P順時針轉(zhuǎn)動，Q、P間細線拉力變小B．Q逆時針轉(zhuǎn)動，P順時針轉(zhuǎn)動，Q、P間細線拉力變大C．Q順時針轉(zhuǎn)動，P逆時針轉(zhuǎn)動，Q、P間細線拉力變小D．Q順時針轉(zhuǎn)動，P逆時針轉(zhuǎn)動，Q、P間細線拉力變大解析：根據(jù)安培定則，Q產(chǎn)生的磁場的方向垂直于紙面向外，P產(chǎn)生的磁場方向水平向右，將Q等效于S極在里、N極在外的小磁針，P等效于左側(cè)S極、右側(cè)N極的小磁針，根據(jù)同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的特點，P將逆時針轉(zhuǎn)動，Q順時針轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動后P、Q兩環(huán)相互靠近處的電流的方向相同，所以兩個線圈相互吸引，細線張力減小，故C正確，A、B、D錯誤。答案：C8.(多選)如圖所示，臺秤上放一光滑平板，其左邊固定一擋板，一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁體連接起來，此時臺秤示數(shù)為F1，現(xiàn)在磁體上方中心偏左位置固定一導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒中通以如圖所示方向的電流后，臺秤示數(shù)為F2，則以下說法正確的是()A．彈簧長度將變長 B．彈簧長度將變短C．F1>F2 D．F1<F2解析：如圖甲所示，導(dǎo)體棒處的磁場方向指向右上方，根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)體棒受到的安培力方向垂直于磁場方向指向右下方，根據(jù)牛頓第三定律，對條形磁體受力分析，如圖乙所示，所以臺秤對條形磁體的支持力減小，即臺秤示數(shù)F1>F2，在水平方向上，由于F′有水平向左的分力，使條形磁體壓縮彈簧，所以彈簧長度變短。故B、C正確。答案：BC[能力提升練]9.如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩細線與豎直方向間的夾角均為θ。如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應(yīng)變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩細線等長變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D．磁感應(yīng)強度變大，θ角變小解析：金屬棒MN受力分析及其側(cè)視圖如圖所示，由平衡條件可知F安＝mgtanθ，而F安＝BIL，即BIL＝mgtanθ，則I↑?θ↑，m↑?θ↓，B↑?θ↑，故A正確，C、D錯誤；θ角與細線長度無關(guān)，故B錯誤。答案：A10．如圖所示，兩平行導(dǎo)軌ab、cd豎直放置在勻強磁場中，勻強磁場方向豎直向上，將一根金屬棒PQ放在導(dǎo)軌上，使其水平且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸?，F(xiàn)在金屬棒PQ中通以變化的電流I，同時釋放金屬棒PQ使其運動。已知電流I隨時間變化的關(guān)系為I＝kt(k為常數(shù)，k>0)，金屬棒PQ與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)一定。以豎直向下為正方向，則下面關(guān)于金屬棒PQ的速度v、加速度a隨時間變化的關(guān)系圖像中，可能正確的是()解析：因為開始時金屬棒PQ加速度方向向下，與速度方向相同，做加速運動，根據(jù)牛頓第二定律得，金屬棒PQ的加速度a＝eq\f(mg－Ff,m)，F(xiàn)f＝μFN＝μFA＝μBIL＝μBLkt，聯(lián)立解得加速度a＝g－eq\f(μBLkt,m)，與時間呈線性關(guān)系，加速度逐漸減小，即做加速度逐漸減小的變加速運動，然后加速度方向向上，加速度逐漸增大，做加速度逐漸增大的變減速運動，故A、C錯誤，B正確；t＝0時刻無電流，無安培力，只有重力，加速度豎直向下，為正值，故D錯誤。答案：B11．如圖甲所示，在豎直平面內(nèi)固定兩光滑平行導(dǎo)體圓環(huán)，兩圓環(huán)正對放置，圓環(huán)半徑均為R＝0.125m，相距1m。圓環(huán)通過導(dǎo)線與電源相連，電源的電動勢E＝3V，內(nèi)阻不計。在兩圓環(huán)上水平放置一導(dǎo)體棒，導(dǎo)體棒質(zhì)量為0.06kg，接入電路的電阻r＝1.5Ω，圓環(huán)電阻不計，勻強磁場方向豎直向上。開關(guān)S閉合后，棒可以靜止在圓環(huán)上某位置，側(cè)視圖如圖乙所示，該位置對應(yīng)的半徑與水平方向的夾角為θ＝37°，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：(1)導(dǎo)體棒靜止在某位置時所受安培力的大??；(2)勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大?。?3)斷開開關(guān)S后，導(dǎo)體棒下滑到軌道最低點時對單個圓環(huán)的壓力。解析：(1)導(dǎo)體棒靜止時，受力分析如圖所示根據(jù)平衡條件得tanθ＝eq\f(mg,F)代入數(shù)據(jù)解得導(dǎo)體棒所受安培力的大小F＝0.8N。(2)由閉合電路的歐姆定律得I＝eq\f(E,r)解得I＝2A由安培力的公式F＝ILB解得B＝0.4T。(3)斷開開關(guān)S后，導(dǎo)體棒下滑到軌道最低點的過程中，根據(jù)動能定理有mgR(1－sinθ)＝eq\f(1,2)mv2－0解得v＝eq\r(2gR(1－sinθ))＝1m/s導(dǎo)體棒在最低點時，由牛頓第二定律得2FN－mg＝meq\f(v2,R)解得FN＝0.54N由牛頓第三定律可知，導(dǎo)體棒對單個圓環(huán)的壓力大小為0.54N，方向豎直向下。答案：(1)0.8N(2)0.4T(3)0.54N，方向豎直向下12．(2022·全國甲卷)光點式檢流計是一種可以測量微小電流的儀器，其簡化的工作原理示意圖如圖所示。圖中A為輕質(zhì)絕緣彈簧，C為位于紙面上的線圈，虛線框內(nèi)有與紙面垂直的勻強磁場；M為置于平臺上的輕質(zhì)小平面反射鏡，輕質(zhì)剛性細桿D的一端與M固連且與鏡面垂直、另一端與彈簧下端相連，PQ為圓弧形的、帶有均勻刻度的透明讀數(shù)條，PQ的圓心位于M的中心。使用前需調(diào)零：使線圈內(nèi)沒有電流通過時，M豎直且與紙面垂直；入射細光束沿水平方向經(jīng)PQ上的O點射到M上后沿原路反射。線圈通入電流后彈簧長度改變，使M發(fā)生傾斜，入射光束在M上的入射點仍近似處于PQ的圓心，通過讀取反射光射到PQ上的位置，可以測得電流的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，線圈C的匝數(shù)為N、沿水平方向的長度為l，細桿D的長度為d，圓弧PQ的半徑為r，r?d，d遠大于彈簧長度改變量的絕對值。(1)若在線圈中通入的微小電流為I，求平衡后彈簧長度改變量的絕對值Δx及PQ上反射光點與O點間的弧長s。(2)某同學(xué)用此裝置測一微小電流，測量前未調(diào)零，將電流通入線圈后，PQ上反射光點出現(xiàn)在O點上方，與O點間的弧長為s1；保持其他條件不變，只將該電流反向接入，則反射光點出現(xiàn)在O點下方，與O點間的弧長為s2。求待測電流的大小。解析：(1)通入電流后線圈所受安培力F＝NBIl由胡克定律及平衡條件有F＝kΔx故彈簧長度改變量的絕對值Δx＝eq\f(NBIl,k)由于d遠大于彈簧長度改變量的絕對值，故細桿轉(zhuǎn)過的角度θ≈sinθ＝eq\f(Δx,d)＝eq\f(NBIl,kd)由于入射光線不變，平面鏡轉(zhuǎn)過θ角時反射光線轉(zhuǎn)過2θ角，故s＝2θr＝eq\f(2NBIlr,kd)。(2)電流反向前后光點移動的弧長s′＝s1＋s2可知