人教版新高考物理一轮总复习训练题　磁场　磁场对通电导线的作用力

考点规范练34　磁场　磁场对通电导线的作用力

一、单项选择题

1.(2020·江苏扬州阶段考)某同学用铁钉与漆包线绕制成电磁铁,当接通电路后,放在其正上方的小磁针N极指向左侧,如图所示,则下列说法正确的是(　　)

A.导线A端接电池负极

B.小磁针所在位置的磁场方向水平向左

C.小磁针所在位置的磁场方向垂直纸面向外

D.若小磁针放在电磁铁左侧,小磁针N极仍指向左侧

2.如图所示,质量m=0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度l=1 m的光滑绝缘框架上,磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。右侧回路中,电源的电动势E=8 V、内阻r=1 Ω,额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作。取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度大小g取10 m/s2,则磁场的磁感应强度大小为(　　)

A.2 T B.1.73 T

C.1.5 T D.1 T

3.一通电直导线与x轴平行放置,匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行,导线受到的安培力为F。若将该导线做成圆环,放置在xOy坐标平面内,如图所示,并保持通电的电流不变,两端点a、b连线也与x轴平行,则圆环受到的安培力大小为(　　)

A.F B.F

C.F D.F

4.一条形磁体放在光滑的斜面上,并用一质量不计的弹簧连接在顶端的挡板上,磁体静止时弹簧的伸长量为x0,将通有方向垂直纸面向外的直导线分别放在a、b、c位置时,弹簧的伸长量分别为xa、xb、xc,已知a、b、c三点的连线与斜面平行,且b点在条形磁体的正中央。下列关系式正确的是(　　)

A.x0=xa=xb=xc

B.x0>xa>xb>xc

C.xa>x0=xb>xc

D.xa>xb>xc>x0

5.光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心。两金属轨道之间的宽度为0.5 m,匀强磁场方向竖直向上(如图所示),大小为0.5 T。质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属水平轨道上的M点。当在金属细杆内通以电流为2 A的恒定电流时(如图所示),金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动。已知lMN=lOP=1 m(N为水平段和圆弧段的分界点,P为圆弧上与圆心O等高的点),忽略导体棒在磁场中运动产生的感应电流,g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)

A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2

B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/s

C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2

D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N

二、多项选择题

6.通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内,放置方式及电流方向如图甲、乙所示,其中L1、L3是固定的,L2、L4分别可绕垂直纸面的中心轴O、O'转动,O、O'分别位于L2、L4的中点处,则下列判断正确的是(　　)

A.L2绕轴O按顺时针转动

B.L2绕轴O按逆时针转动

C.L4绕轴O'按顺时针转动

D.L4绕轴O'按逆时针转动

7.(2020·浙江萧山中学专题练)如图甲所示,一长直导线沿南北方向水平放置,在导线下方有一静止的灵敏小磁针。现在导线中通以图甲所示的恒定电流,测得小磁针偏离南北方向的角度θ的正切值tan θ与小磁针离开导线的距离之间的关系如图乙所示。若该处地磁场的水平分量为B0,则下列判断正确的是(　　)

A.通电后,小磁针的N极向纸里偏转

B.通电后,小磁针静止时N极所指的方向即为电流在小磁针处产生的磁场方向

C.电流在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为B0

D.x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0

8.均匀带电的薄圆盘的右侧,用拉力传感器A、B水平悬挂一根通电导线ab,电流方向由a到b,导线平行于圆盘平面。圆盘绕过圆心的水平轴沿如图所示方向匀速转动,与圆盘静止时相比,拉力传感器的示数增大了,悬线仍然竖直,则下列说法正确的是(　　)

A.圆盘带正电荷

B.圆盘带负电荷

C.若增大圆盘转动角速度,则传感器示数减小

D.若改变圆盘转动方向,则传感器示数减小

9.如图甲所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为l,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒,从t=0时刻起,棒上有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Imax,图甲中I所示方向为电流正方向。金属棒(　　)

甲

乙

A.一直向右移动

B.速度随时间周期性变化

C.受到的安培力随时间周期性变化

D.受到的安培力在一个周期内做正功

三、非选择题

10.(2020·山东临沂期中)如图所示,质量m=5 g、长l=10 cm的金属棒MN,两端用两根细线悬挂,处于磁感应强度B= T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,棒中通有电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角θ=30°,g取10 m/s2。求金属棒中电流的大小和方向。

11.如图所示,两平行金属导轨间的距离l=0.40 m,金属导轨所在平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在的平面内,分布着磁感应强度B=0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源。现把一个质量m=0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 Ω,金属导轨电阻不计,g取10 m/s2,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80。求:

(1)通过导体棒的电流;

(2)导体棒受到的安培力大小;

(3)导体棒受到的摩擦力。

考点规范练34　磁场　磁场对通电导线的作用力

1.B　解析:当接通电路后,放在其上方的小磁针N极立即转向左侧,所以小磁针处的磁场的方向向左,说明通电螺线管内部产生的磁场的方向向右,铁钉右端为电磁铁的N极,所以螺线管漆包线内电流由A流向B,导线A端接电池正极,选项A、C错误,B正确。根据安培定则可知,若小磁针放在电磁铁左侧,则电路接通后小磁针N极向右偏,选项D错误。

2.C　解析:电动机M正常工作时的电流I1==2 A,电源内阻上的电压U'=E-U=8 V-4 V=4 V,根据欧姆定律得干路中的电流I==4 A,通过导体棒的电流I2=I-I1=2 A,导体棒受力平衡,有BI2l=mgsin 37°,得B=1.5 T,只有选项C正确。

3.C　解析:根据安培力公式,安培力F与导线长度l成正比,若将该导线做成圆环,由l=×2πR,解得圆环的半径R=圆环a、b两点之间的距离l'=R=。由,解得F'=F,选项C正确。

4.C　解析:由于在磁体外部,条形磁体的磁感线是从N极出发到S极,所以可画出磁体在a处的一条磁感线,其方向是斜向左下方的,如图所示,由左手定则可判断导线在a点受斜向右下方的安培力Fa,由牛顿第三定律可知磁体所受作用力Fa'的方向是斜向左上方,Fa'有沿斜面向下的分力,该分力使得弹簧弹力增大,所以弹簧的伸长量增大;同理可知,导线在b点时弹簧的伸长量不变,导线在c点时弹簧的伸长量减小,则xa>x0=xb>xc,C正确。

5.D　解析:金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小F安=BIl=0.5×2×0.5 N=0.5 N,金属细杆开始运动时的加速度大小为a==10 m/s2,选项A错误。金属细杆从M点到P点的运动过程,安培力做功W安=F安·(lMN+lOP)=1 J,重力做功WG=-mg·lON=-0.5 J,由动能定理得W安+WG=mv2,解得金属细杆运动到P点时的速度大小为v=2 m/s,选项B错误。金属细杆运动到P点时的加速度可分解为水平方向的向心加速度和竖直方向的加速度,水平方向的向心加速度大小为a'==20 m/s2,选项C错误。在P点金属细杆受到轨道水平向左的作用力F和水平向右的安培力F安,由牛顿第二定律得F-F安=,解得F=1.5 N,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75 N,由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N,选项D正确。

6.BC　解析:题图甲中由右手螺旋定则可知导线L1上方磁场垂直纸面向外,且离导线L1的距离越近,磁场越强,导线L2上每一小部分受到的安培力方向均水平向右,但O点下方部分受到的安培力较大,所以L2绕轴O按逆时针转动,A错误,B正确。题图乙中O'点上方导线L4所受安培力向右,O'点下方导线L4所受安培力向左,即L4绕轴O'按顺时针转动,C正确,D错误。

7.AC　解析:根据安培定则可知,通电后,小磁针的N极向纸里偏转,故A正确。磁场的磁感应强度是矢量,通电后,小磁针静止时N极所指的方向即为电流在小磁针处产生的磁场与地磁场的合磁场的方向,故B错误。电流在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为B1,则tan θ=,所以B1=B0,故C正确。由矢量的合成可知,x0处合磁场的磁感应强度大小为B0,故D错误。

8.AD　解析:与圆盘静止时相比,拉力传感器的示数增大,悬线竖直,说明导线所受安培力方向竖直向下,由左手定则可判断,导线所在位置的磁感应强度方向水平向右;由安培定则可以判断,圆盘转动形成的等效电流与其转动方向相同,故圆盘带正电荷,A正确,B错误。若增大圆盘转动角速度,则等效电流增大,方向不变,产生的磁感应强度增大,传感器示数增大,C错误。若改变圆盘转动方向,则导线所在位置的磁场方向水平向左,导线所受安培力方向向上,传感器示数减小,D正确。

9.ABC　解析:根据左手定则知金属棒在0~内所受安培力向右,大小恒定,故金属棒向右做匀加速运动;在~T内金属棒所受安培力与前半个周期大小相等、方向相反,金属棒向右做匀减速运动,一个周期结束时金属棒速度恰好为零。以后始终向右重复上述运动,选项A、B、C正确。在0~时间内,安培力方向与运动方向相同,安培力做正功;在~T时间内,安培力方向与运动方向相反,安培力做负功。在一个周期内,安培力所做的总功为零,选项D错误。

10.解析:对金属棒的受力分析如图所示

根据左手定则,可判断电流的方向为N→M

根据平衡条件有F安=mgtan 30°

根据安培力公式有F安=BIl

联立可解得导体棒中的电流I=0.5 A。

答案:0.5 A　方向为N→M

11.解析:(1)根据闭合电路欧姆定律

I==1.5 A。

(2)导体棒受到的安培力大小

F安=BIl=0.30 N。

(3)导体棒受力分析如图所示,将重力正交分解,F1=mgsin 37°=0.24 N,F1<F安

根据平衡条件有

mgsin 37°+Ff=F安

解得Ff=0.06 N。

答案(1)1.5 A

(2)0.30 N

(3)0.06 N