2023年高考物理一轮复习课时练25《磁场及其对电流的作用》(含答案详解)

2023年高考物理一轮复习课时练25

《磁场及其对电流的作用》

一 、选择题

1.下图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是(　　)

A.向上       B.向下     C.向左      D.向右

2.如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是(　　)

A.向上     B.向下     C.垂直纸面向外      D.垂直纸面向里

3.如图所示，垂直纸面放置的两根平行长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2，纸面内的一点H到两根导线的距离相等，则该点的磁感应强度方向可能为图中的(　　)

A.B1         B.B2           C.B3             D.B4

4.一条形磁铁放在光滑的斜面上，并用一质量不计的弹簧连接在顶端的挡板上，磁铁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点在条形磁铁的正中央。则下列正确的是(　　)

A.x0＝xa＝xb＝xc          B.x0>xa>xb>xc

C.xa>x0＝xb>xc            D.xa>xb>xc>x0

5.如图所示，无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I，导线正上方沿竖直方向有一用绝缘细线悬挂着的正方形线框。线框中通有沿逆时针方向的恒定电流I，线框的边长为L，线框下边与直导线平行，且到直导线的距离也为L。已知在长直导线的磁场中距长直导线r处的磁感应强度大小为B＝k(k为常量)，线框的质量为m，则剪断细线的瞬间，线框的加速度为(　　)

A.0          B.＋g         C.－g           D.＋g

6.如图所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两同心半圆弧导线和两直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态。在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P。当P中通以方向向外的电流时(　　)

A.导线框将向左摆动

B.导线框将向右摆动

C.从上往下看，导线框将顺时针转动

D.从上往下看，导线框将逆时针转动

7.目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点。已知某段直流输电线长度l＝200 m，通有从西向东I＝4000 A的恒定电流，该处地磁场的磁感应强度B＝5×10－5 T，磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin5°≈0.1)。则该段导线所受安培力的大小和方向为(　　)

A.40 N，向北与水平面成85°角斜向上方

B.4 N，向北与水平面成85°角斜向上方

C.4 N，向南与水平面成5°角斜向下方

D.40 N，向南与水平面成5°角斜向下方

8.如图所示，两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨宽度为L，一端与电源连接。一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝，在安培力的作用下，金属棒以v0的速度向右匀速运动，通过改变磁感应强度的方向，可使流过导体棒的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为(　　)

A.37°         B.30°          C.45°         D.60°

9. (多选)在同一平面内有①、②、③三根等间距平行放置的长直导线，通入的电流强度分别为1 A、2 A、1 A，②的电流方向为c→d且受到安培力的合力方向水平向右，则(　　)

A.①的电流方向为a→b

B.③的电流方向为e→f

C.①受到安培力的合力方向水平向左

D.③受到安培力的合力方向水平向左

10. (多选)如图所示，在两磁极之间放一培养皿，磁感线垂直培养皿，皿内侧壁有环状电极A，中心有电极K，皿内装有电解液，若不考虑电解液和培养皿之间的阻力，当通以如图所示电流时，则(　　)

A.电解液将顺时针旋转流动

B.电解液静止不动

C.若将滑动变阻器的滑片向左移动，则电解液旋转流动将变慢

D.若将磁场的方向和电流的方向均变为和原来相反，则电解液转动方向不变

11. (多选)如图甲所示，电流恒定的通电直导线MN，垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上，电流方向由M指向N，在两轨间存在着竖直磁场，取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向，当t=0时导线恰好静止，若B按如图乙所示的余弦规律变化，下列说法正确的是(　　)

A.在最初的一个周期内，导线在导轨上往复运动

B.在最初的一个周期内，导线一直向左运动

C.在最初的半个周期内，导线的加速度先增大后减小

D.在最初的半个周期内，导线的速度先增大后减小

12. (多选)如图所示，同一平面内有两根平行的无限长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线的中间且与两导线的距离均为r，b点在导线2右侧，与导线2的距离也为r。现测得a点的磁感应强度大小为B0，已知距一无限长直导线d处的磁感应强度大小B=，其中k为常量，I为无限长直导线的电流大小，下列说法正确的是(　　)

A.b点的磁感应强度大小为

B.若去掉导线2，b点的磁感应强度大小为

C.若将导线1中电流大小变为原来的2倍，b点的磁感应强度为0

D.若去掉导线2，再将导线1中电流大小变为原来的2倍，a点的磁感应强度大小仍为B0

三 、计算题

13.如图所示，梯形金属框架导轨放置在竖直平面内，两腰延长线的夹角为θ，底边ab长为l，垂直于梯形平面有一磁感应强度为B的匀强磁场。在导轨上端再放置一根水平金属棒cd，质量为m，导轨上接有电源，使abcd构成回路，回路电流恒为I，cd棒恰好静止。已知cd棒和导轨之间接触良好，不计摩擦阻力，重力加速度为g。求：

(1)cd棒所受安培力；

(2)cd棒与ab边之间的高度差h。

14.如图所示，在磁感应强度B＝1.0 T，方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与水平面成θ＝37°角的导电滑轨，滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab。已知接在滑轨中的电源电动势E＝12 V，内阻不计。ab杆长L＝0.5 m，质量m＝0.2 kg，杆与滑轨间的动摩擦因数μ＝0.1，滑轨与ab杆的电阻忽略不计。求：要使ab杆在滑轨上保持静止，滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化？(g取10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，结果保留一位有效数字)

15.如图所示，电源电动势为3 V，内阻不计，两个不计电阻的金属圆环表面光滑，竖直悬挂在等长的细线上，金属环面平行，相距1 m，两环分别与电源正负极相连。现将一质量为0.06 kg、电阻为1.5 Ω的导体棒轻放在环上，导体棒与环有良好电接触。两环之间有方向竖直向上、磁感应强度为0.4 T的匀强磁场。当开关闭合后，导体棒上滑到某位置静止不动，试求在此位置上棒对每一个环的压力为多少？若已知环半径为0.5 m，此位置与环底的高度差是多少？

0.答案解析

1.答案为：B；

解析：带电粒子在磁场中受洛伦兹力，磁场为4根长直导线在O点产生的合磁场，根据安培定则，a在O点产生的磁场方向为水平向左，b在O点产生的磁场方向为竖直向上，c在O点产生的磁场方向为水平向左，d在O点产生的磁场方向竖直向下，所以合磁场方向水平向左。根据左手定则，带正电粒子在合磁场中所受洛伦兹力方向向下，故B正确。

2.答案为：D；

解析：根据右手定则可知，开关闭合后，缧线管产生的磁极N极在右侧。根据左手定则可知，a端受力垂直纸面向里，选项D正确。

3.答案为：C

解析：根据右手螺旋定则得出两电流在H点的磁场方向如图所示，根据平行四边形定则可判定H点的合磁感应强度方向可能为B3方向，C正确。

4.答案为：C

解析：由于在磁铁外部，条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在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铁所受作用力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.答案为：D

解析：线框下边受到的安培力的大小为F1＝k·IL＝kI2，方向向下。线框上边受到的安培力大小F2＝·IL＝kI2，方向向上。根据牛顿第二定律可得，F1＋mg－F2＝ma，解得：a＝＋g，D正确。

6.答案为：D；

解析：当P中通以方向向外的电流时，由安培定则可知长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向。由左手定则可判断出ab所受的安培力方向垂直纸面向外，cd所受的安培力方向垂直纸面向里，故从上往下看，导线框将逆时针转动，D正确。

7.答案为：A

解析：地磁场方向与电流方向垂直，由安培力F＝BIl＝40 N，B、C项错误；由左手定则可知，电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方，A项正确，D项错误。

8.答案为：B

解析：本题考查通电导体棒在磁场中的平衡问题。由题意对棒受力分析，

设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角，则有BILcosθ＝μ(mg－BILsinθ)，

整理得BIL＝，电流最小时，安培力最小，

由数学知识解得：θ＝30°，B正确。

9.答案为：BCD；

解析：根据“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，因②的电流方向为c→d且受到安培力的合力方向水平向右，可知①的电流方向为b→a，③的电流方向为e→f，选项A错误，B正确；①受到②③的排斥力，故安培力的合力方向水平向左，选项C正确；③受到②的吸引力和①的排斥力，因②的吸引力大于①的排斥力，故③受到安培力的合力方向水平向左，选项D正确。

10.答案为：AD；

解析：电解液中当通以如题图所示电流时，将电解液看成无数个幅条状导体组成，每根导体中电流从环边缘流向K，由左手定则判断可知，电解液所受的安培力方向沿顺时针，因此电解液将顺时针旋转流动，故A正确，B错误；若将滑动变阻器的滑片向左移动，其有效电阻减小，电路中电流增大，由F=BIL知，电解液所受的安培力增大，则电解液旋转流动将变快，故C错误；若将磁场的方向和电流的方向均变为和原来相反，由左手定则可知安培力方向不变，则电解液转动方向不变，故D正确。

11.答案为：AD；

解析：当t=0时，由左手定则可知，MN受到向右的作用力，根据F安=BLI，由于B最大，故此时的安培力最大，则MN的加速度最大，随着时间的延长，磁感应强度B减小，故加速度减小，而MN的速度在增大，当B=0时，加速度为0，速度最大，当B反向时，安培力也会反向，则加速度也反向，MN做减速运动，到半个周期时，MN减速到0，此时的加速度反向最大，然后MN再反向运动，到一个周期时MN又回到原出发的位置，故在最初的一个周期内，导线在导轨上往复运动，选项A正确，B错误；在最初的半个周期内，导线的加速度先减小后增大，而其速度则是先增大后减小，故选项C错误，D正确。

12.答案为：BD；

解析：根据B=，可知a点磁感应强度B0=＋=，则：=B0，根据右手螺旋定则，此时b点磁感应强度为：Bb=－==B0，方向向外，故选项A错误；若去掉导线2，b点的磁感应强度大小为：Bb′==B0，故选项B正确；若将导线1中电流大小变为原来的2倍，b点的磁感应强度为Bb″=－==B0，方向向外，故选项C错误；若去掉导线2，再将导线1中电流大小变为原来的2倍，a点的磁感应强度大小为Bb″==B0，故选项D正确。

三 、计算题

13.解：(1)cd棒在安培力与重力的作用下处于平衡状态，

因此cd棒所受安培力Fcd=mg，方向竖直向上。

(2)设cd棒的有效长度为l′，由cd棒静止得：mg=BIl′，

因此l′=

根据几何关系知cd棒的有效长度l′=l＋2htan

解得h=。

14.解：分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图，如图所示。

当ab杆恰好不下滑时，如图甲所示。由平衡条件得

沿斜面方向mgsinθ＝μFN1＋F安1cosθ

垂直斜面方向FN1＝mgcosθ＋F安1sinθ

而F安1＝BL，解得R1＝5 Ω。

当ab杆恰好不上滑时，如图乙所示。由平衡条件得

沿斜面方向mgsinθ＋μFN2＝F安2cosθ

垂直斜面方向FN2＝mgcosθ＋F安2sinθ

而F安2＝BL，解得R2＝3 Ω。

所以，要使ab杆保持静止，

R的取值范围是3 Ω≤R≤5 Ω。

15.解：棒受的安培力F=BIL，

棒中电流为I=，代入数据解得F==0.8 N，

对棒受力分析如图所示(从右向左看)，

两环支持力的总和为2FN=，

代入数据解得FN=0.5 N。

由牛顿第三定律知，棒对每一个环的压力为0.5 N，

由图中几何关系有tan θ===，得θ=53°，

棒距环底的高度为h=r(1－cos θ)=0.2 m.