专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力（练）-2019年高考物理一轮复习讲练测 11页

‎ ‎ 第40讲 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力—练 ‎1．如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流I时，方向如图，在天平左、右两边各加质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向时(大小不变)，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知 A． 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 B． 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 C． 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 D． 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 ‎【答案】 B ‎【点睛】天平平衡后，当电流反向（大小不变）时，安培力方向反向，则右边相当于多了或少了两倍的安培力大小。‎ ‎2．如图所示，在水平绝缘杆上用两条等长的绝缘丝线悬挂一质量为m的通电导体棒。导体棒所在的空间存在垂直导体棒的匀强磁场(图中未画出)，由于安培力的作用，当两条丝线与竖直方向均成角时，导体棒处于平衡状态。若重力加速度为g，则关于通电导体棒所受安培力的大小的说法正确的是（ ）‎ A． 只能为 B． 最小值为 C． 可能为 D． 可能为 ‎【答案】 C ‎【解析】对通电导体棒受力分析可知，当安培力方向与导线垂直时，安培力最小。画出受力示意图如图：‎ 则，故C项正确，ABD三项错误。‎ ‎3．如图所示是某校首届中学生创意物理实验设计展评活动中获得一等奖的作品《小熊荡秋千》。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，C、D的两端用柔软的细导线吊了两个铜线圈P、Q （Q上粘有一张小熊的图片），并组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置，当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。关于此作品，以下说法正确的是（ ）‎ A． P向右摆动的过程中，P中的电流方向为逆时针方向（从右向左看）‎ B． P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动 C． P向右摆动的过程中，Q会向左摆动 D． 若用手左右摆动Q，P会始终保持静止 ‎【答案】 B ‎【点睛】当P摆动时，穿过P的磁通量发生变化，产生感应电流，由于P和Q形成闭合回路，Q 的下端受到安培力的作用而发生摆动．结合楞次定律和左手定则进行判断．‎ ‎4．（多选）“电流天平”是根据通电导线在磁场中受磁场力作用原理制成的一种灵敏测量仪器。如图所示，在赤道表面，利用“电流天平”测量磁感应强度B的大小。测量时（ ）‎ A． 导线框中电流的方向为顺时针方向 B． 导线框中电流钶方向为逆时针方向 C． 为减小地磁场的影响，ab边应东西放置 D． 为减小地磁场的影响，ab边应南北放置 ‎【答案】 AD ‎【解析】测量时，ab受向下的安培力，则由左手定则可知导线框中电流的方向为顺时针方向，选项A正确，B错误；地磁场在赤道表面的方向是从南向北，则为减小地磁场的影响，ab边应南北放置，选项D正确，C错误；故选AD.‎ ‎5．如图所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，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＝0.04 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。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：‎ ‎(1)通过导体棒的电流；‎ ‎(2)导体棒受到的安培力的大小；‎ ‎(3)导体棒受到的摩擦力大小。‎ ‎【答案】 （1）1.5 A（2）0.3 N（3）0.06 N ‎【解析】‎ ‎1．教师在课堂上做了两个小实验，让小明同学印象深刻。第一个实验叫做“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，如图甲所示。第二个实验叫做“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，如图乙所示。下列关于这两个趣味实验的说法正确的是（ ）‎ A． 图甲中，如果改变磁场的方向，液体的旋转方向不变 B． 图甲中，如果改变电源的正负极，液体的旋转方向不变 C． 图乙中，如果改变电源的正负极，依然可以观察到弹簧不断上下振动 D． 图乙中，如果将水银换成酒精，依然可以观察到弹簧不断上下振动 ‎【答案】 C ‎【解析】图甲中，仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正负极位置，安培力方向肯定改变，液体的旋转方向要改变，故AB均错误；图乙中，当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程，可以观察到弹簧不断上下振动；如果改变电源的正负极，依然可以观察到弹簧不断上下振动；但是如果将水银换成酒精，酒精不导电，则弹簧将不再上下振动，故选项C正确，D错误；故选C.‎ ‎2． 利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度B的大小。用绝缘轻质丝线把底部长为L、电阻为R、质量为m的“U”型线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用轻质导线连接线框与电源，导线的电阻忽略不计．当有拉力F作用于力敏传感器的挂钩上时，拉力显示器可以直接显示力敏传感器所受的拉力。当线框接入恒定电压为E1时，拉力显示器的示数为F1；接入恒定电压为E2时（电流方向与电压为E1时相反），拉力显示器的示数为F2。已知F1>F2,则磁感应强度B的大小为 A． ‎ B． ‎ C． ‎ D． ‎ ‎【答案】 B ‎【解析】‎ ‎3．当磁铁接近发光的白炽灯泡，可以看到灯丝抖起来．关于这一现象（　　）‎ A． 磁铁靠近不通电的灯泡也会发生同样的现象 B． 这是一种电磁感应现象 C． 如果灯泡中通过的是恒定电流，也会发生同样的现象 D． 这是因为通电的灯丝受安培力作用的结果 ‎【答案】 D ‎【解析】试题分析：通电导线在磁场中受到安培力的方向，在磁场方向一定时，安培力方向与电流方向有关．‎ 因为白炽灯中通有电流，受到磁铁所产生的磁场的安培力的作用，由于白炽灯中的电流为交变电流，所以电流方向在变化，所以受到的安培力方向也在变化，故发生抖动现象，故D正确．‎ ‎4．（多选）xy平面内，在y<0的区域存在垂直xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。abcd为半径为R 的闭合圆形铝线圈，圆心的坐标为（0，0.5R），通有方向为abcda的恒定电流，线圈竖直放置，此时线圈恰好静止。重力加速度为g。下列能使线圈的加速度大小变为2g的是 A． 仅将磁感应强度大小改为3B B． 仅将线圈以y轴为轴转90°‎ C． 仅将线圈以x轴为轴转180°‎ D． 仅将线圈向下移动至圆心位于原点 ‎【答案】 AC 点睛：此题是安培力的求解即牛顿第二定律的应用题；关键是找到线圈在磁场中的有效长度以及安培力的方向，根据牛顿第二定律求解加速度.‎ ‎5．‎ 如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里，弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω，已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm，闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm，重力加速度大小取10m/s2 ， 判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．‎ ‎【答案】 0.01kg 式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻。‎ 联立①②③④式，并代入题给数据得⑤‎ 考点：考查了有安培力时的共点力平衡 ‎【名师点睛】在闭合前，导体棒处于平衡状态，在闭合后，根据闭合电路的欧姆定律求的电流，根据左手定则判断出安培力的方向，根据F=BIL求的安培力，由共点力平衡求的质量．‎ ‎1．（多选）如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为和，方向也垂直于纸面向外。则（ ）‎ A. 流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B. 流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为 C. 流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为 D. 流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为 ‎【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）‎ ‎【答案】 AC 点睛：磁场强度是矢量，对于此题来说ab两点的磁场强度是由三个磁场的叠加形成，先根据右手定则判断导线在ab两点产生的磁场方向，在利用矢量叠加来求解即可。‎ ‎2．【2017·新课标Ⅱ卷】（多选）某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将： （ ）‎ A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 ‎【答案】AD ‎【名师点睛】此题是电动机原理，主要考查学生对物理规律在实际生活中的运用能力；关键是通过分析电流方向的变化分析安培力的方向变化情况。‎ ‎3．【2017·新课标Ⅰ卷】（多选）如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反，下列说法正确的是： （ ）‎ A．L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B．L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 ‎【答案】BC ‎【解析】同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。对L1受力分析，如图所示，可知L1所受磁场力的方向与L2、L3所在的平面平行，故A错误；对L3受力分析，如图所示，可知L3所受磁场力的方向与L1、L2所在的平面垂直，故B正确；设三根导线两两之间的相互作用力为F，则L1、L2受到的磁场力的合力等于F，L3受的磁场力的合力为，即L1、L2、L3单位长度受到的磁场力之比为，故C正确，D错误。‎ ‎【名师点睛】先根据安培定则判断磁场的方向，再根据磁场的叠加得出直线电流处磁场的方向，再由左手定则判断安培力的方向，本题重点是对磁场方向的判断、大小的比较。‎ ‎4．【2016·北京卷】中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是： （ ）‎ A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 ‎【答案】C ‎【方法技巧】地球本身是一个巨大的磁体。地球周围的磁场叫做地磁场。地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近，所以地磁场的方向是从地磁北极到地磁南极。‎ ‎5．【2017·新课标Ⅲ卷】如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为： （ ）‎ A．0 B． C． D．2B0‎ ‎【答案】C ‎【名师点睛】本题关键为利用安培定则判断磁场的方向，在根据几何关系进行磁场的叠加和计算。‎ ‎ ‎