2019届高考物理一轮复习课时规范练28《磁场的描述　磁场对电流的作用》(含解析)

课时规范练28　磁场的描述　磁场对电流的作用

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基础巩固组

1.(安培定则的应用)(2017·黑龙江牡丹江一中期末)为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)

答案B

解析地磁场从地理的南极附近出来,进入地理的北极附近,除两极外,地表上空的磁场都具有向北的磁场分量。根据安培定则,环形电流外部磁场方向向北可知,B正确。A图在地表上空产生的磁场方向向南,故A错误。C、D两图在地表上空产生的磁场方向沿东西方向,故C、D错误。

2.

(安培定则的应用和磁场的叠加)(2017·四川成都一诊)右图为水平放置的两根等高固定长直导线的截面图,O点是两导线连线的中点,a、b是过O点的竖直线上与O点距离相等的两点,两导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流。下列说法正确的是(　　)

A.两导线之间存在相互吸引的安培力

B.O点的磁感应强度为零

C.O点的磁感应强度方向竖直向下

D.a、b两点的磁感应强度大小相等、方向相反

答案C

解析同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,A错误;两个电流在O点的磁感应强度方向都是竖直向下,不为0,B错误,C正确;a、b两点磁感强度大小相等、方向相同,D错误。

3.

(安培定则的应用和磁场的叠加)(2017·海南文昌中学期中)在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图所示,A、B、C、D是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中              (　　)

A.B、D两点的磁感应强度大小相等

B.A、B两点的磁感应强度大小相等

C.C点的磁感应强度的值最大

D.B点的磁感应强度的值最大

答案A

解析根据安培定则可得通电直导线在A、B、C、D四点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,而通电直导线在B点产生的磁感应强度方向为水平向左,在D点产生的磁感应强度方向为水平向右,则B、D两点的磁感应强度大小为B=,大小相等,选项A正确;通电直导线在A点产生的磁感应强度方向为竖直向上,则A点的磁感应强度为BA=B1+B0,选项B错误;通电直导线在C点产生的磁感应强度方向为竖直向下,则C点的磁感应强度大小为BC=|B1-B0|,C点的磁感应强度的值最小,选项C错误;由以上分析可知A点的磁感应强度的值最大,选项D错误。

4.

(安培力作用下导体的平衡)(2017·上海杨浦区模拟)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

答案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,选项C正确。

5.

(多选)(安培力作用下导体运动情况)(2017·湖北宜城市第一中学月考)如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,当导线中通以图示方向的电流时(　　)

A.磁铁对桌面的压力增大

B.磁铁对桌面的压力减小

C.磁铁受到向右的摩擦力作用

D.磁铁受到向左的摩擦力作用

答案BC

解析根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在的位置磁场方向(切线方向),再根据左手定则判断安培力方向,如图甲

根据牛顿第三定律,电流对磁体的作用力向左上方,如图乙;根据平衡条件,可知通电后支持力变小,静摩擦力变大,故磁铁对桌面的压力变小,静摩擦力向右。故选B、C。

6.

(安培力作用下导体的平衡)(2017·天津和平区期末)如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为l,质量为m的直导体棒。当导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,可加平行于纸面的匀强磁场,下列有关磁场的描述中正确的是(　　)

A.若磁场方向竖直向上,则B=

B.若磁场方向平行斜面向上,则B=

C.若磁场方向垂直斜面向下,则B=

D.若磁场方向垂直斜面向上,则B=

答案A

解析

若磁场方向竖直向上,导体棒受力如图,F=mgtan α,所以B=,选项A正确;B、C项中导体棒不能静止,选项B、选项C错误;若磁场垂直斜面向上,则B=,选项D错误。

7.

(多选)(安培定则的应用)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

答案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选项对,B选项错;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选项错误;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选项正确。

8.(多选)(安培力)如图甲所示,扬声器中有一线圈处于磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音。图乙表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)的俯视图,磁场方向如图中箭头所示,在图乙中(　　)

A.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里

B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外

C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里

D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外

答案BC

解析将环形导线分割成无限个小段,每一小段看成直导线,则根据左手定则,当电流顺时针时,导线的安培力垂直纸面向外,故选项A错误,选项B正确;当电流逆时针时,根据左手定则可以知道安培力垂直纸面向里,故选项C正确,选项D错误。〚导学号06400464〛

能力提升组

9.

(多选)(2017·江西新余二模)如图所示,两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上,将一根金属棒PQ放在导轨上使其水平且始终与导轨保持良好接触。现在金属棒PQ中通以变化的电流I,同时释放金属棒PQ使其运动。已知电流I随时间的变化关系为I=kt(k为常数,k>0),金属棒与导轨间存在摩擦。则下面关于棒的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中,可能正确的有(　　)

答案AD

解析金属棒受竖直向下的重力mg、垂直于导轨向里的安培力BIl、垂直于导轨向外的弹力FN、竖直向上的摩擦力Ff。

FN=BIl=Bl·kt ①

mg-Ff=ma ②

Ff=μFN③

把①③代入②得mg-μBl·kt=ma,加速度先向下减小,当mg=Ff时,加速度为零,速度最大,然后加速度反向逐渐增大,速度逐渐减小最后速度为零,金属棒静止。所以A、D正确。

10.

(多选)(2017·河南洛阳期末统考)如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨,左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为20 cm的光滑圆弧导轨相接,导轨宽度为20 cm,电阻不计。导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。一根导体棒ab垂直于导轨放置,质量m=60 g、电阻R=1 Ω,用长也为20 cm的绝缘细线悬挂,导体棒恰好与导轨接触。当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态。导体棒ab速度最大时,细线与竖直方向的夹角θ=53°(sin 53°=0.8,g取10 m/s2),则(　　)

A.磁场方向一定竖直向上

B.电源的电动势E=8.0 V

C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=8 N

D.导体棒摆动过程中的最大动能为0.08 J

答案BD

解析导体棒ab所受安培力向右,由左手定则可知磁场方向竖直向下,A错误;细线与竖直方向的夹角为53°时,重力和安培力的合力沿半径方向,此时tan 53°=,解得I==8 A,由欧姆定律得E=IR=8 V,B正确;安培力F=BIl=mgtan 53°=0.8 N,C错误;从初位置到转过53°的过程应用动能定理:Flsin 53°-mgl(1-cos 53°)=Ekm-0,解得最大动能Ekm=0.08 J,D正确。

11.

(多选)(2017·江西九江市二模)如图所示,在竖直向下的恒定匀强磁场中有一光滑绝缘的圆轨道,一重力为G的金属导体MN垂直于轨道横截面水平放置,在导体中通入电流I,使导体在安培力的作用下以恒定的速率v从A点运动到C点,设导体所在位置的轨道半径与竖直方向的夹角为θ,安培力的瞬时功率为P,则从A到C的过程中,下列有关说法正确的是(　　)

A.电流方向从M指向N B.I∝cot θ

C.P∝cos θ D.P∝sin θ

答案AD

解析由于安培力方向始终水平向左,根据左手定则知电流方向从M指向N,A正确;因为导体棒做匀速圆周运动,所以有Gsin θ=F安cos θ=IlBcos θ,故I=tan θ,则I∝tan θ,B错误;又P=F安vcos θ=Gvsin θ,所以P∝sin θ,C错误,D正确。〚导学号06400465〛

12.(2017·江苏泰州模拟)如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m、质量为6×10-2 kg的通电直导线,电流大小I=1 A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T、方向竖直向上的磁场中。设t=0时,B=0,则需要多长时间,斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)

答案5 s

解析斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示。

由平衡条件得

FTcos 37°=F

FTsin 37°=mg

两式联立解得F==0.8 N

由F=BIl得B==2 T

由题意知,B与t的变化关系为B=0.4t(T)

代入数据得t=5 s。〚导学号06400466〛