2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)課后集訓(xùn)22磁場(chǎng)的描述磁吃電流的作用含解析

PAGE7-課后限時(shí)集訓(xùn)(二十二)(時(shí)間：40分鐘)1.(2024·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?lè)较螂娏鲿r(shí)，銅線所受安培力的方向()A．向前 B．向后C．向左 D．向右A[由左手定則推斷可知安培力的方向向前，A項(xiàng)正確。]2．(2024·河北新高考適應(yīng)性考試)如圖所示，兩根相互絕緣的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線分別沿x軸和y軸放置，沿x軸方向的電流為I0。已知通電長(zhǎng)直導(dǎo)線在其四周激發(fā)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝keq\f(I,r)，其中k為常量，I為導(dǎo)線中的電流，r為場(chǎng)中某點(diǎn)到導(dǎo)線的垂直距離。圖中A點(diǎn)的坐標(biāo)為(a，b)，若A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則沿y軸放置的導(dǎo)線中電流的大小和方向分別為()A．eq\f(a,b)I0，沿y軸正向 B．eq\f(a,b)I0，沿y軸負(fù)向C．eq\f(b,a)I0，沿y軸正向 D．eq\f(b,a)I0，沿y軸負(fù)向A[x方向?qū)Ь€電流在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bx＝keq\f(I0,b)，由安培定則，可知方向垂直紙面對(duì)外，由題知若A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則y方向?qū)Ь€電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對(duì)里，由安培定則知，y軸放置的導(dǎo)線中電流方向沿y軸正向，其大小滿(mǎn)意By＝keq\f(I,a)＝keq\f(I0,b)，y軸放置的導(dǎo)線中電流的大小I＝eq\f(a,b)I0，故選A。]3.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(kāi)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()A．a(chǎn) B．bC．c D．dC[由安培定則分析知，c小磁針N極所指方向?yàn)樵撎幍拇艌?chǎng)方向，a、b、d均錯(cuò)誤，故C正確。]4.如圖所示，在天花板下用細(xì)線懸掛一半徑為R的金屬圓環(huán)，圓環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)，圓環(huán)一部分處在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，環(huán)與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)A、B與圓心O連線的夾角為120°，此時(shí)懸線的張力為F。若圓環(huán)通電，使懸線的張力剛好為零，則環(huán)中電流大小和方向是()A．電流大小為eq\f(\r(3)F,3BR)，電流方向沿順時(shí)針?lè)较駼．電流大小為eq\f(\r(3)F,3BR)，電流方向沿逆時(shí)針?lè)较駽．電流大小為eq\f(\r(3)F,BR)，電流方向沿順時(shí)針?lè)较駾．電流大小為eq\f(\r(3)F,BR)，電流方向沿逆時(shí)針?lè)较駻[要使懸線拉力為零，則圓環(huán)通電后受到的安培力方向豎直向上，依據(jù)左手定則可以推斷，電流方向應(yīng)沿順時(shí)針?lè)较?，依?jù)力的平衡有F＝F安，而F安＝BI·eq\r(3)R，求得I＝eq\f(\r(3)F,3BR)，A項(xiàng)正確。]5．(2024·湖南新高考適應(yīng)性考試)如圖，力傳感器固定在天花板上，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形勻質(zhì)導(dǎo)線框abcd用不行伸長(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛于力傳感器的測(cè)力端，導(dǎo)線框與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框的bcd部分處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，b、d兩點(diǎn)位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的水平邊界線上。若在導(dǎo)線框中通以大小為I、方向如圖所示的恒定電源，導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，力傳感器的示數(shù)為F1。只變更電流方向，其它條件不變，力傳感器的示數(shù)為F2。該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A．eq\f(F2－F1,4IL) B．eq\f(F1－F2,4IL)C．eq\f(\r(2)F2－F1,4IL) D．eq\f(\r(2)F1－F2,4IL)C[線框在磁場(chǎng)中受到安培力的等效長(zhǎng)度為bd＝eq\r(2)L，當(dāng)電流方向?yàn)閳D示方向時(shí)，由左手定則可知導(dǎo)線框受到的安培力豎直向上，大小為F＝eq\r(2)BIL因此對(duì)導(dǎo)線框受力平衡可得F1＋F＝mg，當(dāng)導(dǎo)線框中的電流反向時(shí)，則安培力方向豎直向下，此時(shí)有mg＋F＝F2聯(lián)立可得B＝eq\f(\r(2)F2－F1,4IL)，故選C。]6.如圖所示，在水平絕緣桿上用兩條等長(zhǎng)的平行絕緣絲線懸掛一質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒。將導(dǎo)體棒放置在U形磁鐵的磁場(chǎng)中，由于安培力的作用，當(dāng)兩條絲線與豎直方向均成30°角時(shí)，導(dǎo)體棒處于平衡狀態(tài)。若重力加速度為g，則關(guān)于導(dǎo)體棒在平衡狀態(tài)時(shí)的說(shuō)法正確的是()A．導(dǎo)體棒所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度到處相等B．導(dǎo)體棒受到的安培力大小肯定是eq\f(1,2)mgC．每條絲線對(duì)導(dǎo)體棒的拉力大小肯定是eq\f(\r(3),3)mgD．導(dǎo)體棒受到的安培力與拉力的合力大小肯定是mgD[U形磁鐵產(chǎn)生的不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，故導(dǎo)體棒所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)到處相等，A錯(cuò)誤；以導(dǎo)體棒為探討對(duì)象進(jìn)行受力分析，兩條絲線與豎直方向均成30°角，故導(dǎo)體棒所受安培力的方向與絲線垂直時(shí)，安培力最小，依據(jù)幾何關(guān)系可得最小的安培力F＝mgsin30°＝eq\f(1,2)mg，即導(dǎo)體棒受到的安培力大小不肯定是eq\f(1,2)mg，B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒所受安培力等于eq\f(1,2)mg時(shí)，兩條絲線的拉力的和等于eq\f(\r(3),2)mg，每條絲線對(duì)導(dǎo)體棒的拉力大小都是eq\f(\r(3),4)mg，C錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒受到重力、安培力與拉力作用，由共點(diǎn)力平衡的特點(diǎn)可知，導(dǎo)體棒受到的安培力與拉力的合力肯定與導(dǎo)體棒的重力大小相等，方向相反，D正確。]7．(2024·重慶新高考適應(yīng)性考試)如圖所示，兩根相同的豎直懸掛的彈簧，上端固定，下端連接一質(zhì)量為40g的金屬導(dǎo)體棒。部分導(dǎo)體棒處于邊界寬度為d＝10cm的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里。導(dǎo)體棒通入4A的電流后靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)量是未通電時(shí)的1.5倍。若彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，導(dǎo)體棒始終保持水平，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為(取重力加速度g＝10m/s2)()A．0.25T B．0.5TC．0.75T D．0.83TB[未通電時(shí)，導(dǎo)體棒的重力與兩彈簧的彈力相等，依據(jù)平衡條件可知mg＝2kx，通電后，通過(guò)導(dǎo)體棒的電流方向?yàn)閺挠蚁蜃螅罁?jù)左手定則可知安培力豎直向下，依據(jù)平衡條件可知mg＋BId＝2k×1.5x，兩式相比得eq\f(mg,mg＋BId)＝eq\f(2kx,2k×1.5x)＝eq\f(1,1.5)，解得B＝0.5T。]8．(多選)(2024·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(guò)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?lè)较虻碾娏鳎赼、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C．a(chǎn)的向左，b的向右 D．a(chǎn)的向右，b的向左CD[a、b的電流均向左或均向右時(shí)，依據(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)線旁邊的磁場(chǎng)方向相反，則由左手定則可以推斷平行于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，故不行能靜止，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；a、b的電流方向相反時(shí)，在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場(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(chēng)性也可以推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。]9．(多選)兩根固定的相互平行的直導(dǎo)線A和B，相距為L(zhǎng)，電流方向如圖所示。導(dǎo)線C用輕繩懸掛在AB導(dǎo)線的中間上方，距離AB為eq\f(\r(3),2)L，三根導(dǎo)線通的電流都為I。下列說(shuō)法正確的是()A．從上往下看導(dǎo)線C順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)繩子的張力變小B．從上往下看導(dǎo)線C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)繩子的張力變大C．當(dāng)C轉(zhuǎn)到與A、B平行時(shí)A、B和C單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為eq\r(3)∶eq\r(3)∶1D．當(dāng)C轉(zhuǎn)到與A、B平行時(shí)A、B和C單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶1BD[由右手螺旋定則可以推斷C導(dǎo)線左側(cè)的磁場(chǎng)方向從下往上，右側(cè)從上往下，從而可推斷C導(dǎo)線左側(cè)受到向外的力，右側(cè)受到向里的力，從上往下看導(dǎo)線是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；利用極限法可推斷C導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到與AB平行時(shí)受到向下的安培力，所以過(guò)程中繩子張力變大，A錯(cuò)誤，B正確；轉(zhuǎn)到與AB平行時(shí)，三根導(dǎo)線電流方向都是垂直紙面對(duì)里，所以A、B和C受到相互之間的磁場(chǎng)作用力大小相等，C錯(cuò)誤，D正確。]10.(多選)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對(duì)外。O點(diǎn)與a、b、c三條導(dǎo)線距離相等，且Oc⊥ab。現(xiàn)在O點(diǎn)垂直紙面放置一小段通電導(dǎo)線，電流方向垂直紙面對(duì)里，導(dǎo)線受力方向如圖所示。則可以推斷()A．O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對(duì)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I2BC[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對(duì)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詳細(xì)方向，所以無(wú)法推斷長(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。]11．(多選)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，方向如圖中所示，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()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)ABD[在圓軌道最高點(diǎn)，由牛頓其次定律，有BId＋mg＝meq\f(v2,r)，所以選項(xiàng)A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，所以選項(xiàng)B正確；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)，所以選項(xiàng)D正確；由于不知道CD間距，故不能求出金屬條運(yùn)動(dòng)到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。]12.水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，導(dǎo)軌的寬度為L(zhǎng)，M和P之間接入電動(dòng)勢(shì)為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)?，F(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為θ，指向右斜上方且與金屬棒ab垂直，如圖所示，問(wèn)：(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為多少？(2)若B的大小和方向均能變更，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？[解析](1)從b向a看，如圖所示。水平方向：Ff＝F安sinθ ①豎直方向：FN＋F安cosθ＝mg ②又F安＝BIL＝Beq\f(E,R)L ③聯(lián)立①②③得，F(xiàn)N＝mg－eq\f(BLEcosθ,R)，F(xiàn)f＝eq\f(BLEsinθ,R)。(2)使ab棒受支持力為零，且讓磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則受安培力豎直向上，則有F安＝mg，Bmin＝eq\f(mgR,EL)依據(jù)左手定則判定磁場(chǎng)方向水平向右。[答案](1)mg－eq\f(BLEcosθ,R)eq\f(BLEsinθ,R)(2)eq\f(mgR,EL)方向水平向右13.(2024·山東濟(jì)南高三質(zhì)量評(píng)估)長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)體棒a放置在光滑絕緣水平面上，固定的長(zhǎng)直導(dǎo)線b與a平行放置，導(dǎo)體棒a與力傳感器相連，如圖所示(俯視圖)。a、b中通有大小分別為Ia、Ib的恒定電流，其中Ia方向已知，Ib方向未知。導(dǎo)體棒a靜止時(shí)，傳感器受到a給它的方向向左、大小為F的拉力。下列說(shuō)法正確的是(