2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (20)

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微练一　磁感应强度、磁场的叠加1.(多选)下列说法正确的是(　　)A.电荷在某处不受静电力的作用,则该处电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为零C.表征电场中某点电场的强弱,是把一个检验电荷放在该点时受到的静电力与检验电荷本身电荷量的比值D.表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值
解析 电荷在电场中一定受到静电力作用,若电荷在某处不受静电力作用,则该处电场强度一定为零。故A正确。如果通电导线与磁场平行放置,则磁场对通电导线没有作用力,则知一小段通电导线在某处不受磁场力作用,该处磁感应强度不一定为零,故B错误。电场强度表征电场中某点电场的强弱,而电场强度等于把一个检验电荷放在该点时受到的静电力与检验电荷本身电荷量的比值,故C正确。表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电导线垂直放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流强度乘积的比值,故D错误。
2.(2023浙江嘉兴二模)四根长直导线通有相同大小的电流,导线的截面是正方形的四个顶点,其中L1、L2导线电流垂直纸面向里,L3、L4导线电流垂直纸面向外,每根导线在中心O处产生的磁感应强度大小均为B,则O点的磁感应强度是(　　)
A.大小为2B,指向L1B.大小为4B,指向L1、L4连线中点C.大小为2 B,指向L1、L4连线中点D.大小为 B,指向L2、L3连线中点
3.(2023浙江宁波质检)在地球赤道上进行实验时,用磁传感器测得赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0。将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上,让N极指向正北方向,如图所示,此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1;现将条形磁铁以P点为轴心在水平面内旋转90°,使其N极指向正东方向,此时用磁传感器测得P点的磁感应强度的大小应为(可认为地磁南、北极与地理北、南极重合)(　　)
解析 根据题意,赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0,条形磁铁N极指向正北方向时,条形磁铁在P点产生的磁感应强度为B=B1-B0;条形磁铁N极指向正东方向时,其分磁感应强度指向正东方向,此时两个分矢量垂直,故P点
微练二　安培力的分析与计算4.如图所示,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)A.2FD.0
解析 导体棒MN受到的安培力为F=BIL。根据串、并联电路的特点可知,导体棒ML与LN的电阻之和是导体棒MN电阻的2倍,导体棒MN的电流是导体棒ML与LN电流的2倍,导体棒处在同一磁场中,导体棒ML与LN的有效长度与导体棒MN相同,导体棒ML与LN受到安培力的合力为0.5F。根据左手定则,导体棒ML与LN受到安培力的合力方向与导体棒MN受到的安培力方向相同,线框LMN受到安培力的合力为1.5F,故选B。
5.磁电式电流表的结构图如图所示,蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的,线圈中a、b两条导线长均为l,通以图示方向的电流I,两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则(　　)A.该磁场是匀强磁场B.线圈平面总与磁场方向垂直C.线圈将逆时针转动D.a、b导线受到的安培力大小总为IlB
解析 该磁场是均匀辐向分布,不是匀强磁场,A错误;线圈平面与磁场方向平行,B错误;图示位置,a、b导线受到的安培力方向分别向上、向下,大小均为IlB,合力为2BIl,线圈将顺时针转动,C错误,D正确。
微练三　与安培力相关的力学问题6.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将(　　)A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.在纸面内平动
解析 解法一　(电流元法)把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数段直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上,由左手定则可得,上半部分电流元所受安培力均指向纸外,下半部分电流元所受安培力均指向纸内,因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。解法二　(等效法)把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上,而L1等效成小磁针后,转动前,N极指向纸内,因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上,所以从左向右看,线圈L1将顺时针转动。解法三　(结论法)环形电流I1、I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得,从左向右看,线圈L1将顺时针转动。
7.(多选)如图所示,用细线将一条形磁体挂于天花板上,磁体处于水平静止状态,条形磁体的正下方固定一直导线ab,现在直导线中通入由a指向b的电流,磁体在水平面内转动90°,在此过程中,下列说法正确的是(　　)A.条形磁体的S极向纸面内偏转B.条形磁体的S极向纸面外偏转C.条形磁体受到绳的拉力小于其重力
解析 直导线ab中通入电流时,直导线上方的磁感线方向垂直纸面向外,条形磁体N极方向与磁场方向一致,因此条形磁体的N极向外(纸面外)、S极向里(纸面内)偏转,故A正确,B错误;条形磁体在水平面内转动90°后,条形磁体产生的磁场在直导线所在位置垂直纸面向里,由左手定则可知,通电直导线受到向上的安培力作用,根据牛顿第三定律,直导线对磁体的安培力向下,因此磁体受到的拉力大于其受到的重力,故C错误,D正确。
8.(多选)电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小。如图甲所示,测量前天平已调至平衡,测量时,在左边托盘中放入质量为m的砝码,右边托盘中不放砝码,将一个质量为m0、匝数为n、下边长为l的矩形线圈挂在右边托盘的底部,再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中。线圈的两头连在如图乙所示的电路中,不计连接导线对线圈的作用力,电源电动势为E,内阻为r。开关S闭合后,调节可变电阻至其阻值为R1时,天平正好平衡,此时电压表读数为U。已知m0>m,重力加速度为g,则( 　)
A.矩形线圈中电流的方向为逆时针方向D.若仅将磁场反向,在左盘中再添加质量为2m0-m的砝码可使天平重新平衡
9.丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,他在电与磁学研究上开创性的工作创立了物理研究的新纪元。某物理探究小组在实验室重复了奥斯特的实验,具体做法是:在静止的小磁针正上方,平行于小磁针水平放置一根直导线,当直导线中通有电流时,小磁针会发生偏转;当通过该直导线的电流为I0时,小磁针静止时与直导线夹角为α1。已知直导线在某点产生磁场的强弱与通过该直导线的电流成正比,若在实验中发现小磁针静止时与直导线夹角为α2,则通过该直导线的电流为(　　)
解析 设小磁针所处地磁场为由南向北,磁感应强度为B1,直导线南北方向放置,由安培定则可知,电流在小磁针处的磁场与地磁场方向垂直,则当通过该直导线的电流为I0时,由平行四边形定则可知该电流在小磁针处的磁场的磁感应强度B=B1tan α1;当通过该直导线的电流为I时,由平行四边形定则可知该电流在小磁针处的磁场的磁感应强度B'=B1tan α2;由于直导线在
10.电流天平是一种测量磁场力的装置,如图所示,两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于天平托盘上,当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零,下列说法正确的是(　　)A.当天平示数为负时,两线圈电流方向相同B.当天平示数为正时,两线圈电流方向相同C.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力D.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
解析 装置的构造模型为两个线圈和一个杠杆,当线圈中通有同向电流时互相吸引,通有异向电流时互相排斥,故当天平示数为负时表示两线圈互相吸引,所以为同向电流,A正确,B错误;根据牛顿第三定律可知线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力等于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力,由相互作用力的特点知线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力不是一对相互作用力,故C、D错误。
11.特高压直流输电是国家重点工程,部分输电线路简化图如图所示。高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线L1、L2、L3、L4,其目的是固定各导线间距,防止导线互相碰撞,图中导线L1、L2、L3、L4水平且恰好处在正四棱柱的四条棱上,并与“abcd正方形间隔棒”所在平面垂直,abcd的几何中心为O点,O点到四根导线的距离相等并远小于导线的长度,忽略地磁场影响,当四根导线通有等大、同向的电流时,下列说法正确的是(　　)A.O点的磁感应强度沿ac连线方向B.O点的磁感应强度沿bd连线方向C.L1所受安培力沿正方形的对角线ac方向D.L1所受安培力沿正方形的对角线bd方向
解析 四根导线通有的电流等大、同向,且O点到四条导线距离相等,所以L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大、反向,L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大、反向,根据磁感应强度叠加原理,四条导线在O点的磁感应强度等于零,故A、B错误;其余三条导线对L1都是吸引力,结合对称性可知,L1所受安培力的方向沿正方形的对角线ac方向,故C正确,D错误。
12.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,棒上通有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Im,图甲中I所示方向为电流正方向,则关于金属棒的说法错误的是(　　)
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