2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业40磁场及其对电流的作用

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业40磁场及其对电流的作用，共7页。试卷主要包含了解析等内容，欢迎下载使用。

1．如图甲所示，斜面固定在水平面上，一通电导体棒ab置于斜面上且与底边平行．整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒ab所受的安培力为F；若仅将导体棒ab从中点处折成相互垂直的两段，且端点a、b连线仍与斜面底边平行，如图乙所示，则此时导体棒ab所受的安培力为( )
A．FB．eq \f(1,2)FC．eq \r(2)FD．eq \f(\r(2),2)F
2.特高压直流输电是我国领先世界的电力工程．正常输电时，两根导线中通有大小相等，方向相反的电流，某次故障测试中发现两根平行输电线中的电流大小满足IA>IC.如图，以两导线某连线中点为圆心，作—个与导线垂直的圆，a(里面)和c(外面)与输电线在同一高度，b、d为圆的最下方和最上方忽略地磁场的影响，则 ( )
A．b点和d点磁场方向相同
B．a点的磁感应强度可能为零
C．c点的磁感应强度可能为零
D．两根导线的作用力为引力
3．[2021·广东卷]截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线．长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示．下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是 ( )
4.[2023·西安中学月考]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直导线AB、CD(AB、CD在同一水平线上)连接而成的，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长直导线Q.当Q中通有垂直纸面向里的电流时，下列判断正确的是( )
A．导线框将向右摆动
B．导线框将向左摆动
C．从上往下看，导线框将逆时针转动
D．从上往下看，导线框将顺时针转动
5．[2023·山东泰安统考]已知通电的长直导线在周围空间某位置产生的磁感应强度大小与电流大小成正比，与该位置到长直导线的距离成反比．如图所示，现有通有电流大小相同的两根长直导线分别固定在正方体的两条棱dh和hg上，彼此绝缘，电流方向分别由d流向h、由h流向g，则顶点e和a两处的磁感应强度大小之比为 ( )
A.2∶eq \r(3)B．1∶eq \r(3)C．2∶eq \r(2)D．1∶1
6.[2023·河北保定调研]如图所示，空间有与竖直平面夹角为θ的匀强磁场，在磁场中用两根等长轻细金属丝将质量为m的金属棒ab悬挂在天花板的C、D两处，通电后导体棒静止时金属丝与磁场方向平行．已知磁场的磁感应强度大小为B，接入电路的金属棒长度为l，重力加速度为g.以下关于导体棒中电流的方向和大小正确的是 ( )
A．由b到a，eq \f(mgtanθ,Bl)B．由a到b，eq \f(mg,Bl)
C．由a到b，eq \f(mgsinθ,Bl)D．由b到a，eq \f(mgsinθ,Bl)
7．[2023·西安一模]在绝缘水平面上方均匀分布着方向与水平向右成60°斜向上的匀强磁场，一通有如图所示的恒定电流I的金属方棒，在安培力作用下水平向右做匀速直线运动．已知棒与水平面间的动摩擦因数μ＝eq \f(\r(3),3)，若磁场方向由图示方向开始沿逆时针缓慢转动至竖直向上的过程中，棒始终保持匀速直线运动，设此过程中磁场方向与水平向右的夹角为θ，则关于磁场的磁感应强度的大小B与θ的变化关系图像可能正确的是 ( )
8．[2023·湖南浏阳一中月考](多选)一根重为G的金属棒中通以恒定电流，平放在倾角为30°的光滑斜面上，如图所示为截面图．当匀强磁场的方向与斜面成60°角斜向上时，金属棒处于静止状态，此时金属棒对斜面的压力大小为FN1.保持磁感应强度的大小不变，将磁场的方向顺时针旋转α角时，金属棒再次处于平衡状态，此时金属棒对斜面的压力大小为FN2，则下列说法不正确的是( )
A．金属棒中的电流方向垂直纸面向外
B．金属棒受到的安培力为eq \f(\r(3),2)G
C．α＝60°
D．eq \f(FN1,FN2)＝eq \f(1,2)
能力提升练
9．(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
10．(多选)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随时间变化的关系为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像中，可能正确的有 ( )
11.[2022·北京卷]指南针是利用地磁场指示方向的装置，它的广泛使用促进了人们对地磁场的认识．现代科技可以实现对地磁场的精确测量．
(1)如图1所示，两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表，迅速摇动这根电线.若电线中间位置的速度约10m/s，电压表的最大示数约2mV.粗略估算该处地磁场磁感应强度的大小B地；
(2)如图2所示，一矩形金属薄片，其长为a，宽为b，厚为c.大小为I的恒定电流从电极P流入、从电极Q流出，当外加与薄片垂直的匀强磁场时，M、N两电极间产生的电压为U.已知薄片单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e.求磁感应强度的大小B；
(3)假定(2)中的装置足够灵敏，可用来测量北京地区地磁场磁感应强度的大小和方向，请说明测量的思路．
课时分层作业（四十）
1．答案：D
2．解析：由于电流大小满足IA>IC，根据安培定则及磁场的叠加原理，可知b点磁场方向指向左下方，d点磁场方向指向右下方，选项A错误；由于两电流在a点产生的磁场方向相反，但是A导线电流大，离a点近，产生的磁场强，合磁场的磁感应强度一定不等于零，选项B错误；由于两电流在c点产生的磁场方向相反，A导线电流大，离c点远，C导线电流小，离c点近，合磁场的磁感应强度可能等于零，选项C正确；反向电流相互排斥，选项D错误．
答案：C
3．解析：根据“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”的作用规律可知，左、右两导线与长管中心的长直导线相互吸引，上、下两导线与长管中心的长直导线相互排斥，C正确．
答案：C
4．解析：由安培定则判断出通电导线Q在导线AB处产生的磁场方向竖直向上，在导线CD处产生的磁场方向竖直向下，根据左手定则，知导线AB受到的安培力垂直导线框平面向里，导线CD受到的安培力垂直导线框平面向外，从上往下看，导线框将顺时针转动，故D正确．
答案：D
5．解析：设正方体棱长为L，其中一根长直导线的电流在e点产生的磁感应强度为B0，则e点的磁感应强度大小为Be＝eq \r(B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) ＋B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) )＝eq \r(2)B0处于hg边的长直导线到a点的距离为eq \r(2)L，在a点产生的磁感应强度大小为eq \f(\r(2),2)B0；处于dh边的长直导线到a点的距离为L，在a点产生的磁感应强度大小为B0.所以a点的磁感应强度大小为Ba＝eq \r(（\f(\r(2),2)B0）2＋B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) )＝eq \f(\r(6),2)B0，Be∶Ba＝2∶eq \r(3)，A项正确．
答案：A
6．解析：
对导体棒进行受力分析，导体棒静止，则其受力如图所示．根据左手定则可知，导体棒中的电流方向为由a到b，根据平衡条件可知安培力的大小为：F＝BIl＝mgsinθ，所以感应电流的大小为：I＝eq \f(mgsinθ,Bl)，故A、B、D错误，C正确．
答案：C
7．解析：棒受力如图所示．
则BILsinθ＝μ（mg＋BILcsθ）
得eq \f(1,B)＝eq \f(IL,μmg)（sinθ－μcsθ）＝eq \f(2IL,\r(3)mg)sin（θ－30°）
所以C正确，A、B、D错误．
答案：C
8．解析：
由题知安培力垂直磁场方向斜向上，根据左手定则可知金属棒中的电流方向垂直纸面向里，选项A错误；分析金属棒受力，如图所示，沿斜面方向根据平衡条件可得FAsin60°＝Gsin30°，解得金属棒受到的安培力为FA＝eq \f(\r(3),3)G，选项B错误；由于安培力沿斜面方向的分力与重力沿斜面向下的分力相等．则磁场旋转后安培力方向关于斜面对称，根据几何关系可得磁场的方向顺时针旋转α＝60°，选项C正确；根据平衡条件可得FN1＝Gcs30°－FAsin30°＝eq \f(\r(3),3)G，FN2＝Gcs30°＋FAsin30°＝eq \f(2\r(3),3)G，所以eq \f(FN1,FN2)＝eq \f(1,2)，选项D正确．
答案：AB
9．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，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C错误，D正确．
答案：AD
10．解析：水平方向上金属棒受到安培力和导轨对棒的弹力，FN＝BIL＝kBLt，竖直方向上金属棒受到重力和摩擦力，mg－FN·μ＝ma，联立解得，mg－kBLt·μ＝ma，加速度随时间减小，成线性变化，当加速度等于零以后，方向反向，kBLt·μ－mg＝ma，加速度随时间增大，A选项正确，B选项错误；金属棒先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动，C选项错误，D选项正确．
答案：AD
11．解析：（1）由E＝BLv估算得该处地磁场磁感应强度B地的大小的数量级为10－5T.
（2）设导电电子定向移动的速率为v，Δt时间内通过横截面的电量为Δq，
有I＝eq \f(Δq,Δt)＝nebcv
导电电子定向移动过程中，在MN方向受到的电场力与洛伦兹力平衡，有eeq \f(U,b)＝evB
得B＝eq \f(nec,I)U.
（3）如下图建立三维直角坐标系Oxyz.
设地磁场磁感应强度在三个方向的分量为Bx、By、Bz.把金属薄片置于xOy平面内，M，N两极间产生电压Uz仅取决于Bz.由（2）得Bz＝eq \f(nec,I)Uz，由Uz正负（M、N两极电势的高低）和电流I的方向可以确定Bz的方向．同理，把金属薄片置于xOz平面内，可得By的大小和方向；把金属薄片置于yOz平面内，可得Bx的大小和方向，则地磁场的磁感应强度的大小为B＝eq \r(B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(x)) ＋B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(y)) ＋B eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(z)) )，根据Bx、By、Bz的大小和方向可确定此处地磁场的磁感应强度的大小和方向．
答案：（1）数量级为10－5T （2）eq \f(nec,I)U （3）见解析