2022《名師面對面》高考物理大一輪復(fù)習(xí)課時訓(xùn)練-第8章-第1講-磁場的描述-磁場對電流的作用

第八章第1講一、選擇題(在題后給的選項中，第1～4題只有一項符合題目要求，第5～10題有多項符合題目要求．)1．在球體上分別沿經(jīng)、緯兩個方向相互垂直地緊套著的兩個絕緣導(dǎo)線環(huán)aa′和bb′(aa′面水平，bb′面垂直紙面)，環(huán)中通有相同大小的恒定電流，如圖K8－1－1所示，則球心處磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向為()圖K8－1－1A．指向左上方 B．指向右下方C．豎直向上 D．豎直向下【答案】A【解析】球心O處的磁場是兩個環(huán)形電流產(chǎn)生磁場的合磁場，水平環(huán)形電流在O處產(chǎn)生的磁場B1豎直向上，豎直環(huán)形電流在O處產(chǎn)生的磁場B2水平向左，則B1、B2的矢量和的方向指向左上方．2．兩個完全相同的通電圓環(huán)A、B的圓心O重合、圓面相互垂直，通電電流相同，電流方向如圖K8－1－2所示，設(shè)每個圓環(huán)在其圓心O處獨(dú)立產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()圖K8－1－2A．0 B．2B0C.eq\r(2)B0 D．無法確定【答案】C【解析】由安培定則可知A在圓心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于紙面對里，B在圓心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直向下，兩者垂直，所以合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝eq\r(B\o\al(2,0)＋B\o\al(2,0))＝eq\r(2)B0，C選項正確．3．(2021年海珠檢測)如圖K8－1－3，傾斜導(dǎo)軌寬為L，與水平面成α角，處在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿ab水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路電流強(qiáng)度為I時，關(guān)于金屬桿ab所受安培力F，下列說法正確的是()圖K8－1－3A．方向垂直ab桿沿斜面對上 B．方向垂直ab桿水平向右C．F＝BILcosα D．F＝BILsinα【答案】B【解析】利用左手定則可推斷出金屬桿ab所受安培力F方向垂直ab桿水平向右，B正確；因電流與磁場垂直，則F＝BIL，選項C、D錯誤．4．如圖K8－1－4，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強(qiáng)磁場方向如圖所示，大小為0.5T．質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的M點．當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為2A的恒定電流時，金屬細(xì)桿可以沿桿向右由靜止開頭運(yùn)動．已知圖K8－1－4A．金屬細(xì)桿開頭運(yùn)動時的加速度大小為5mB．金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時的速度大小為5C．金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時的向心加速度大小為10mD．金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N【答案】D【解析】金屬細(xì)桿在水平方向受到安培力作用，安培力大小F安＝BIL＝0.5×2×0.5N＝0.5N，金屬細(xì)桿開頭運(yùn)動時的加速度大小為a＝eq\f(F安,m)＝10m/s2，選項A錯誤；對金屬細(xì)桿從M點到P點的運(yùn)動過程，安培力做功W安＝F安·(MN＋OP)＝1J，重力做功WG＝－mg·ON＝－0.5J，由動能定理得W安＋WG＝eq\f(1,2)mv2，解得金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時的速度大小為v＝eq\r(20)m/s，選項B錯誤；金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時的加速度可分解為水平方向的向心加速度和豎直方向的加速度，水平方向的向心加速度大小為a′＝eq\f(v2,r)＝20m/s2，選項C錯誤；在P點金屬細(xì)桿受到軌道水平向左的作用力F，水平向右的安培力F安，由牛頓其次定律得F－F安＝eq\f(mv2,r)，解得F＝1.5N，每一條軌道對金屬細(xì)桿的作用力大小為0.75N，由牛頓第三定律可知金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N，選項D正確．5．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖K8－1－5所示，下列論述正確的是()圖K8－1－5A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba＞BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba＜BbC．磁感線的切線方向就是磁場的方向D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場【答案】BC【解析】本題考查對磁感線的理解，由于它與電場線有很多相像之處，可以用分析電場線的方法分析．6．如圖K8－1－6，用一根導(dǎo)線做成始終角三角形框架acb，固定于勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于框架平面對里，ab兩點接在電源電路上，當(dāng)閉合開關(guān)S時，則()圖K8－1－6A．a(chǎn)b與acb所受的安培力的方向相同B．a(chǎn)b與acb所受的安培力的方向相反C．a(chǎn)b與acb所受的安培力的大小相等D．a(chǎn)b所受的安培力大于acb所受的安培力【答案】AD【解析】由于acb的等效長度與ab相同，電流方向也相同，由左手定則知ab與acb所受的安培力的方向相同；由于材料、橫截面相同，但長度不同，則電阻不同，acb的電阻大于ab的電阻，流過的電流偏小，由安培力公式可知ab所受的安培力大于acb所受的安培力．7．一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒，圖K8－1－7中只畫出此棒的截面圖，并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的狀況是()圖K8－1－7A．磁鐵對桌面的壓力減小 B．磁鐵對桌面的壓力增大C．磁鐵受到向右的摩擦力 D．磁鐵受到向左的摩擦力【答案】AD【解析】如圖所示．對導(dǎo)電棒，通電后，由左手定則，導(dǎo)體棒受到斜向左下方的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導(dǎo)電棒的作用力應(yīng)斜向右上方，所以在通電的一瞬時，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確．8．(2021年佛山質(zhì)檢)如圖K8－1－8，在天平右盤底部掛有一個矩形線圈，其一部分懸在方向水平向里的勻強(qiáng)磁場中，矩形線圈通有順時針方向電流，現(xiàn)天平右側(cè)向下傾斜，下列措施有可能使天平平衡的是()圖K8－1－8A．減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B．增加通過線圈的電流C．轉(zhuǎn)變電流的方向D．在不轉(zhuǎn)變線圈質(zhì)量的同時，增加底邊的長度【答案】AC【解析】對矩形線圈在磁場中的部分進(jìn)行受力分析，依據(jù)左手定則，左、右兩邊所受的安培力大小相等、方向相反，合力為零，底邊所受的安培力向下，要使天平平衡，必需減小安培力，故可以通過減小磁感應(yīng)強(qiáng)度、減小底邊的長度、減小通過線圈的電流來實現(xiàn)，或轉(zhuǎn)變電流的方向，從而轉(zhuǎn)變安培力的方始終實現(xiàn)，故B、D錯誤，選A、C.9．(2022年海南卷)圖K8－1－9中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿．當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導(dǎo)軌上滑動．下列說法正確的是()圖K8－1－9A．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動C．若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動D．若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動【答案】BD【解析】若a接正極，b接負(fù)極，依據(jù)安培定則，電磁鐵產(chǎn)生豎直向上的磁場．e接負(fù)極，f接正極，由左手定則可推斷出L所受安培力向右，則L向右滑動，選項A錯誤，B正確；若a接負(fù)極，b接正極，依據(jù)安培定則，電磁鐵產(chǎn)生豎直向下的磁場．e接負(fù)極，f接正極，由左手定則可推斷出L所受安培力向左，則L向左滑動，選項D正確，C錯誤．10．電磁軌道炮工作原理如圖K8－1－10所示．待放射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸．電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回．軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比．通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出．現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可接受的方法是()圖K8－1－10A．只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B．只將電流I增加至原來的2倍C．只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變【答案】BD【解析】由題知磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝kI，而安培力F＝BId＝kI2d，據(jù)動能定理可得：FL＝eq\f(mv2,2)，解得v＝Ieq\r(\f(2kdL,m))，由此式可確定B、D選項正確．二、非選擇題11．(2021年江蘇模擬)如圖K8－1－11所示為一電流表的原理示意圖．質(zhì)量為m的均質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點處通過一掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連，絕緣彈簧勁度系數(shù)為k.在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面對外．與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù)，MN的長度大于eq\x\to(ab).當(dāng)MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合，當(dāng)MN中有電流通過時，指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度．圖K8－1－11(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時，彈簧伸長多少？(重力加速度為g)(2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接？(3)若k＝2.0N/m，eq\x\to(ab)＝0.20m，eq\x\to(cd)＝0.05m，B＝0.20T，此電流表的量程是多少？(不計通電時電流產(chǎn)生的磁場的作用)(4)若將量程擴(kuò)大2倍，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻?？【答案?1)eq\f(mg,k)(2)M端(3)2.5A(4)0.10T【解析】(1)設(shè)當(dāng)電流表示數(shù)為零時，彈簧的伸長量為Δx，則有mg＝kΔx解得Δx＝eq\f(mg,k).(2)為使電流表正常工作，作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必需向下，因此M端應(yīng)接正極．(3)設(shè)電流表滿偏時通過MN的電流強(qiáng)度為Im，則有BImeq\x\to(ab)＋mg＝k(eq\x\to(cb)＋Δx)聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得Im＝2.5(4)設(shè)量程擴(kuò)大后，磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)锽′，則有2B′Imeq\x\to(ab)＋mg＝k(eq\x\to(cb)＋Δx)解得：B′＝eq\f(k\x\to(cb),2Im\x\to(ab))代入數(shù)據(jù)得：B′＝0.10T.12．如圖K8－1－12所示，在傾角θ＝30°的斜面上，固定一金屬框，寬l＝0.25m，接入電動勢E＝12V、內(nèi)阻不計的電池．垂直框面放有一根質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與框架的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r(6),6).整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T，垂直框面對上的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)調(diào)整滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬棒靜止在框架上？(框架與棒的電阻不計，g取10m圖K8－1－12【答案】1.4Ω≤R≤8.2Ω【解析】金屬棒受到4個力作用：重力mg，垂直框面對上的支持力FN，沿框面對上的安培力F安，沿框面的靜摩擦力Ff靜．金屬棒靜止在框架上時，摩擦力Ff靜的方向可能沿框面對上，也可能向下，需分兩種狀況考慮．當(dāng)變阻器R取值較大時，I較小，安培力F較小，在金屬棒重力分力mgsinθ作用下棒有沿框架下滑趨勢，框架對棒的摩擦力沿框面對上，受力如圖所示．金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件：Beq\f(E,R)l＋μmgcosθ－mgsinθ＝0，得R＝eq\f(BEl,mgsinθ－μcosθ)＝eq\f(0.8×12×0.25,0.2×10×\