2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)分層提升練三十六磁場及其對電流的作用含解析

PAGE11-磁場及其對電流的作用(建議用時(shí)45分鐘)1.如圖,足夠長的直線ab靠近通電螺線管,與螺線管平行。用磁傳感器測量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖像是 ()【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)留意理解以下兩點(diǎn):(1)離電流越遠(yuǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度越弱。(2)通電螺線管兩端磁性最強(qiáng),中間最弱?！窘馕觥窟xC。通電螺線管外部中間處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,兩端磁感應(yīng)強(qiáng)度最大,沿兩端往外磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,所以用磁傳感器測量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖像是C?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】分別置于a、b兩處的長直導(dǎo)線垂直紙面放置,通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示,a、b、c、d在一條直線上,且ac=cb=bd。已知c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2。若將b處導(dǎo)線的電流切斷,則 ()A.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B1,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B1B.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B1,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B2C.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)锽1-B2,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B1-BD.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)锽1-B2,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B2-B【解析】選A。c點(diǎn)的磁場是分別置于a、b兩處的長直導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的。由安培定則可知分別置于a、b兩處的長直導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向相同,a、b兩處的長直導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B12。由對稱性可知,b處的長直導(dǎo)線在d點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B12,方向向下。a處的長直導(dǎo)線在d點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B12-B2。若將b處導(dǎo)線的電流切斷,則c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?2B1,d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?22.如圖所示,某區(qū)域內(nèi)有垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一正方形剛性線圈,邊長為L,匝數(shù)為n,線圈平面與磁場方向垂直,線圈一半在磁場內(nèi)。某時(shí)刻,線圈中通過大小為I的電流,則此線圈所受安培力的大小為 ()A.2BILB.12nBILC.nBILD.2【解析】選D。導(dǎo)線在磁場內(nèi)有效長度為2L,故該V形通電導(dǎo)線受到安培力大小為F=2nBIL,選項(xiàng)D正確。3.(多選)(2024·宜賓模擬)磁電式電流表的構(gòu)造如圖甲所示,在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動的線圈,轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場勻稱輻向分布,如圖乙所示。當(dāng)電流通過線圈時(shí),線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動,螺旋彈簧被扭動,線圈停止轉(zhuǎn)動時(shí)滿意NBIS=kθ,式中N為線圈的匝數(shù),S為線圈的面積,I為通過線圈的電流,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,θ為線圈(指針)偏角,k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象,由題中的信息可知 ()A.該電流表的刻度是勻稱的B.線圈轉(zhuǎn)動過程中受到的安培力的大小變大C.若線圈中通以如圖乙所示的電流時(shí),線圈將沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動D.更換k值更大的螺旋彈簧,電流表的靈敏度(靈敏度即ΔθΔI)【解析】選A、D。磁場是勻稱輻向分布,線圈轉(zhuǎn)動過程中各個(gè)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,螺旋彈簧的彈力與轉(zhuǎn)動角度成正比,所以該電流表的刻度是勻稱的,故A正確;磁場是勻稱輻向分布,線圈轉(zhuǎn)動過程中各個(gè)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,所以受到的安培力的大小不變,故B錯(cuò)誤;若線圈中通以如圖乙所示的電流時(shí),依據(jù)左手定則,左側(cè)受安培力向上,右側(cè)受安培力向下,所以順時(shí)針轉(zhuǎn)動,故C錯(cuò)誤;更換k值更大的螺旋彈簧,同樣的電流改變導(dǎo)致同樣的安培力改變,但轉(zhuǎn)動角度改變減小,所以靈敏度減小,故D正確。4.如圖所示,兩根足夠長的絕緣導(dǎo)線垂直靠近放置,通以大小相等的恒定電流,a點(diǎn)和b點(diǎn)到兩根導(dǎo)線的距離均為l,c點(diǎn)到兩根導(dǎo)線的距離分別為l2和l,下列推斷正確的是A.b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C.b、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比b點(diǎn)的大【解析】選D。由右手螺旋定則可知,豎直導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對外,水平導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向也垂直紙面對外,所以b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,故A錯(cuò)誤;由右手螺旋定則可知,豎直導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對里,水平導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對外,兩根導(dǎo)線中通有相等的電流,a、b到兩導(dǎo)線的距離相等,所以a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,由A分析可知,b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,故B錯(cuò)誤;由右手螺旋定則可知,豎直導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對里,水平導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向也垂直紙面對里,所以c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向里,由A分析可知,b處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向外,故C錯(cuò)誤;豎直導(dǎo)線在c點(diǎn)和b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,水平導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的小,由矢量合成法則可知,c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比b點(diǎn)的大,故D正確,故應(yīng)選D。【總結(jié)提升】直線電流產(chǎn)生磁場的疊加規(guī)律(1)若兩根無限長且通電電流大小相等、方向相反的平行導(dǎo)線,連線上中點(diǎn)O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是連線上的最小值,是中垂線上的最大值,關(guān)于連線和中垂線對稱的兩點(diǎn)其磁感應(yīng)強(qiáng)度相同(大小相等、方向一樣)。(2)若兩根無限長且通電電流大小相等、方向相同的平行導(dǎo)線,其空間磁場連線上中點(diǎn)O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,中垂線上存在最大值,關(guān)于連線和中垂線對稱的兩點(diǎn)其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,無限長直導(dǎo)線M、N均通有大小為I的恒定電流,其中M在紙面內(nèi)水平放置,電流方向水平向右,N垂直于紙面放置,電流方向垂直紙面對里,兩導(dǎo)線在紙面連線的中點(diǎn)A處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。則A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ()A.0B.BC.2BD.2B【解析】選C。依據(jù)安培定則推斷得知,通電導(dǎo)線M在A處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面對上,N在A處產(chǎn)生的磁場的沿紙面方向水平向左,由于兩個(gè)磁場的方向相互垂直,所以合磁場B′=B2+B2=25.(2024·成都模擬)2024年1月,出現(xiàn)在中國海軍坦克登陸艦上的電磁軌道炮在全球“刷屏”,這是電磁軌道炮全球首次實(shí)現(xiàn)艦載測試。如圖所示為電磁炮的簡化原理示意圖,它由兩條水平放置的平行光滑長直軌道組成。軌道間放置一個(gè)導(dǎo)體滑塊作為彈頭。當(dāng)電流從一條軌道流入,經(jīng)彈頭從另一條軌道流回時(shí),在兩軌道間產(chǎn)生磁場,彈頭就在安培力推動下以很大的速度射出去。不計(jì)空氣阻力,將該過程中安培力近似處理為恒力,為了使彈丸獲得更大的速度,可適當(dāng) ()A.減小平行軌道間距 B.增大軌道中的電流C.縮短軌道的長度 D.增大彈丸的質(zhì)量【解析】選B。依據(jù)題意,安培力做的功等于彈頭獲得的動能。軌道間距減小,安培力減小,安培力做功減小,彈頭獲得動能減小,速度減小,故A錯(cuò)誤;增大軌道中電流,安培力增大,安培力做功增大,彈頭獲得動能增大,速度增大,故B正確;縮短軌道長度,安培力做功減小,彈頭獲得動能減小,速度減小,故C錯(cuò)誤;只增大彈丸質(zhì)量,安培力做功不變,彈頭獲得動能不變,所以速度減小,D錯(cuò)誤;綜上所述,選B。6.(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的向左,b的向右 D.a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),依據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場及其分布和疊加可知,在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場方向相反,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,用對稱性也可以推斷線框的另外兩邊所受的磁場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。7.圖中a、b、c為三根與紙面垂直的固定長直導(dǎo)線,其截面位于等邊三角形的三個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上,bc沿水平方向,導(dǎo)線中均通有大小相等的電流,方向如圖所示,O點(diǎn)為三角形的中心。(O到三個(gè)頂點(diǎn)的距離相等),則 ()A.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.O點(diǎn)的磁場方向垂直O(jiān)c向下C.導(dǎo)線a受到的安培力方向豎直向上D.導(dǎo)線b受到的安培力方向沿bc連線方向指向c【解析】選B。依據(jù)右手螺旋定則,電流a在O產(chǎn)生的磁場平行于bc向左,b電流在O產(chǎn)生的磁場平行ac指向右下方,電流c在O產(chǎn)生的磁場平行ab指向左下方;由于三導(dǎo)線電流相同,到O點(diǎn)的距離相同,依據(jù)平行四邊形定則,則O點(diǎn)合場強(qiáng)的方向垂直O(jiān)c向下,故A錯(cuò)誤,B正確;依據(jù)左手定則,結(jié)合矢量合成法則,導(dǎo)線a受到的安培力方向水平向左,而導(dǎo)線b受到的安培力方向平行于ac斜向左上方,故C、D錯(cuò)誤;故選B。8.如圖所示,條形磁鐵放在光滑斜面上,用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡,A為水平放置的直導(dǎo)線的截面,導(dǎo)線中無電流時(shí)磁鐵對斜面的壓力為FN1;當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面對外的電流時(shí),磁鐵對斜面的壓力為FN2,則下列關(guān)于磁鐵對斜面的壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是 ()A.FN1<FN2,彈簧的伸長量減小B.FN1=FN2,彈簧的伸長量減小C.FN1>FN2,彈簧的伸長量增大D.FN1>FN2,彈簧的伸長量減小【解析】選C。在題圖中,由于條形磁鐵的磁感線是從N極動身到S極,所以可畫出磁鐵在導(dǎo)線A處的一條磁感線,其方向是斜向左下方的,導(dǎo)線A中的電流垂直紙面對外時(shí),由左手定則可推斷導(dǎo)線A必受斜向右下方的安培力F,由牛頓第三定律可知,磁鐵所受作用力F′的方向是斜向左上方,所以磁鐵對斜面的壓力減小,即FN1>FN2。同時(shí),F′有沿斜面對下的分力,使得彈簧彈力增大,可知彈簧的伸長量增大,所以正確選項(xiàng)為C。9.(多選)傾角為α的光滑導(dǎo)電軌道間接有電源,軌道間距為L,軌道上放一根質(zhì)量為m的金屬桿ab,金屬桿中的電流為I,現(xiàn)加一垂直金屬桿ab的勻強(qiáng)磁場,如圖所示,ab桿保持靜止,則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能為 ()A.方向垂直軌道平面對上時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,大小為mgsinαB.z正向,大小為mgC.x正向,大小為mgD.z正向,大小為mgtanθ【解析】選A、C、D。當(dāng)磁場垂直軌道平面對上時(shí),依據(jù)平衡條件:mgsinα=BIL,則B=mgsinαIL,此時(shí)B最小,故選項(xiàng)A正確;當(dāng)磁場沿z正方向時(shí),安培力水平向右,由平衡條件可得,mgtanα=BIL,則B=mgtanαIL,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確;當(dāng)磁場沿x正向時(shí),安培力豎直向上,則依據(jù)平衡條件:mg=BIL,則B=mgIL,10.如圖所示,用三條細(xì)線懸掛的水平圓形線圈共有n匝,線圈由粗細(xì)勻稱、單位長度的質(zhì)量為2.5g的導(dǎo)線繞制而成,三條細(xì)線呈對稱分布,穩(wěn)定時(shí)線圈平面水平,在線圈正下方放有一個(gè)圓柱形磁鐵,磁鐵的中軸線OO′垂直于線圈平面且通過其圓心O,測得線圈的導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5T,方向與豎直線成30°角,要使三條細(xì)線上的張力為零,A.0.1AB.0.2【解析】選A。設(shè)線圈的半徑為r,則每匝線圈的質(zhì)量為m=2πr×2.5×10-3kg,磁場的水平重量為Bsin30°,線圈受到的安培力為F=Bsin30°×I×2πr,由于線圈所受向上的安培力等于線圈的重力,則有n×2πr×2.5×10Bsin30°×I×2πr×n,解得I=0.1A,選項(xiàng)【加固訓(xùn)練】(多選)如圖甲所示,揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場中,當(dāng)音頻電流信號通過線圈時(shí),線圈帶動紙盆振動,發(fā)出聲音。俯視圖乙表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面即紙面),磁場方向如圖中箭頭所示,在圖乙中 ()A.當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里B.當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外C.當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里D.當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外【解析】選B、C。將圓形線圈看作由多數(shù)小段直導(dǎo)線組成,由左手定則可以推斷,當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外,選項(xiàng)B正確、A錯(cuò)誤;當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里,選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。11.(多選)如圖所示,在豎直向下的恒定勻強(qiáng)磁場中有一光滑絕緣的14圓軌道,一重為G的金屬導(dǎo)體MN垂直于軌道橫截面水平放置,在導(dǎo)體中通入電流I,使導(dǎo)體在安培力的作用下以恒定的速率v從A點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn),設(shè)導(dǎo)體所在位置的軌道半徑與豎直方向的夾角為θ,安培力的瞬時(shí)功率為P,則從A到C的過程中,下列有關(guān)說法正確的是A.電流方向從M指向N B.I∝cotθC.P∝cosθ D.P∝sinθ【解析】選A、D。由于安培力方向始終水平向左,依據(jù)左手定則知電流方向從M指向N,選項(xiàng)A正確。因?yàn)閷?dǎo)體棒做勻速圓周運(yùn)動,所以有Gsinθ=F安cosθ=ILBcosθ,故I=GBLtanθ,則I∝tanθ,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;又P=F安vcosθ=Gvsinθ,所以P∝sinθ,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D12.(多選)(2024·鄭州模擬)如圖所示,無限長水平直導(dǎo)線中通有向右的恒定電流I,導(dǎo)線正下方固定一正方形線框。線框中通有順時(shí)針方向的恒定電流I,線框邊長為L,線框上邊與直導(dǎo)線平行,且到直導(dǎo)線的距離也為L,已知在長直導(dǎo)線的磁場中距離長直導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kIr,線框質(zhì)量為m,則釋放線框的一瞬間,線框的加速度可能為A.0 B.kIC.kI22m【解析】選A、C。線框上邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1=kIL,由安培定則可推斷出磁場方向垂直紙面對里,所受安培力的大小為F1=B1IL=kI2,由左手定則可推斷出安培力方向向上;線框下邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=kI2L,所受安培力的大小為F2=B2IL=12kI2,由左手定則可推斷出安培力方向向下;若F1=F2+mg,則加速度為零,選項(xiàng)A正確;若F1>(F2+mg),則加速度方向向上,由F1-(F2+mg)=ma,解得a=kI22m-g,選項(xiàng)C正確,B錯(cuò)誤;若F1<(F2+mg),則加速度方向向下,由(F2+mg)-F113.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,有一個(gè)與水平面成θ=37°角的導(dǎo)電滑軌,滑軌上放置