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- 2021-05-26 发布
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课时跟踪检测(二十六) 磁场的描述 磁场对电流的作用
对点训练:磁感应强度、安培定则
1.[多选](2019·扬州月考)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
解析:选ABD 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合,有磁偏角,选项A正确;地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近,选项B正确;只有在赤道附近,在地球表面的地磁场方向与地面平行,选项C错误;根据带电粒子在磁场中会受到力的作用可知,地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用,选项D正确。
2.[多选](2018·常熟模拟)磁场中某区域的磁感线如图所示,下列说法中正确的是( )
A.a、b两处的磁感应强度大小Ba<Bb
B.a、b两处的磁感应强度大小Ba>Bb
C.一通电直导线分别放在a、b两处,所受的安培力大小一定有Fa<Fb
D.一通电直导线分别放在a、b两处,所受的安培力大小可能有Fa>Fb
解析:选AD 磁感线越密,磁场越强,故A正确,B错误;通电导线放在a、b两处,但没有说明导线的方向与磁场的方向的关系,其所受安培力的大小关系不确定,故C错误,D正确。
3.电视机显像管的偏转线圈示意图如图所示,某时刻电流方向如图所示。则环心O处的磁场方向( )
A.向下
B.向上
C.垂直纸面向里
D.垂直纸面向外
解析:选A 对于左右两个螺线管,由安培定则可以判断出上方均为磁场北极,下方均为磁场南极,所以环心O处的磁场方向向下,即A选项正确。
4.[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两点的合磁感应强度大小分别为B0和B0,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B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
解析:选AC L1在a、b两点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,方向都垂直于纸面向里,而L2在a点产生的磁感应强度大小设为B2,方向向里,在b点产生的磁感应强度大小也为B2,方向向外,规定向外为正,根据矢量叠加原理可知B0-B1-B2=B0,B2+B0-B1=B0,可解得:B1=B0,B2=B0,故A、C正确。
5.如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,∠MOP=90°。在M、P处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有垂直纸面向里、大小相等的恒定电流,这时O点的磁感应强度大小为B0。若将P处长直导线移开,则O点的磁感应强度的大小为( )
A.B0 B.B0
C.B0 D.B0
解析:选B 根据安培定则可知,两导线在O点形成的磁感应强度如图所示,合磁感应强度大小为B0。则根据几何关系可知,两导线单独形成的磁感应强度大小为B0,故B正确,A、C、D错误。
对点训练:判定安培力作用下导体的运动
6.如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的运动情况是( )
A.线圈向左运动 B.线圈向右运动
C.从上往下看顺时针转动 D.从上往下看逆时针转动
解析:选A 将环形电流等效成一条形磁铁,根据异名磁极相互吸引知,线圈将向左运动,选项A正确。也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流,根据结论“同向电流相吸引,反向电流相排斥”,可判断出线圈向左运动。
7.(2018·江阴模拟)如图中甲、乙所示,在匀强磁场中,有两个通电线圈处于如图所示的位置,则( )
A.从上往下俯视,甲中的线圈顺时针转动
B.从上往下俯视,甲中的线圈逆时针转动
C.从上往下俯视,乙中的线圈顺时针转动
D.从上往下俯视,乙中的线圈逆时针转动
解析:选D 根据题图甲所示,由左手定则可知,线圈各边所受安培力都在线圈所在平面内,线圈不会绕OO′轴转动,故A、B错误;根据题图乙所示,由左手定则可知,线圈左、右两边所受安培力分别垂直于纸面向外和向里,线圈会绕OO′轴转动,从上往下俯视,乙中的线圈逆时针转动。故C错误,D正确。
8.(2019·南京冲刺练习)刘老师在课堂上做了一个演示实验:装置如图所示,在容器的中心放一个圆柱形电极B,沿容器边缘内壁放一个圆环形电极A,把A和B分别与电源的两极相连,然后在容器内放入液体,将该容器放在磁场中,液体就会旋转起来。王同学回去后重复刘老师的实验步骤,但液体并没有旋转起来。造成这种现象的原因可能是:该同学在实验过程中( )
A.将磁铁的磁极放反了
B.将直流电源的正负极接反了
C.使用的电源为50 Hz的交流电源
D.使用的液体为食盐溶液
解析:选C 老师将该容器放在磁场中,能使液体旋转起来,是在安培力作用下导致的,因此要强调溶液能导电,且电流方向确定,并有磁场。与磁铁的磁极是否接反、直流电源正负是否接反都没有关系。而该同学实验中的液体不能旋转可能是因为使用了交流电源。
对点训练:安培力作用下的平衡和加速问题
9.如图,一导体棒ab静止在U型铁芯的两板之间,导体棒在开关闭合后仍在原位置保持静止状态。则按图示视角( )
A.铁芯上板为N极
B.导体棒对下板的压力变大
C.导体棒受到垂直棒向左的安培力
D.导体棒对下板有垂直棒向右的静摩擦力
解析:选D 由题图中线圈的绕向,根据安培定则,可知线圈下面是N极,上面是S极,故导体棒ab位置的磁场方向向上;电流方向是a→b,根据左手定则,安培力向右;根据平衡条件,导体棒对下板的压力不变,但受到向左的静摩擦力;根据牛顿第三定律可知,导体棒对下板有垂直棒向右的静摩擦力。故D正确,A、B、C错误。
10.[多选](2019·沭阳月考)在同一光滑斜面上放同一导体棒,如图所示是两种情况的剖面图。它们所在空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场,但方向不同,一次垂直斜面向上,另一次竖直向上,两次导体棒分别通有电流I1和I2,都处于静止状态。已知斜面的倾角为θ,则( )
A.I1∶I2=cos θ∶1
B.I1∶I2=1∶1
C.导体棒所受安培力大小之比F1∶F2=sin θ∶cos θ
D.斜面对导体棒的弹力大小之比N1∶N2=cos2 θ∶1
解析:选AD 导体棒受力如图,根据共点力平衡得:F1=mgsin θ,N1=mgcos θ;F2=mgtan θ,N2=。所以导体棒所受的安培力之比为:F1∶F2=sin θ∶tan θ=cos θ∶1。斜面对导体棒的弹力大小之比为:N1∶N2=cos2 θ∶1。因为F=BIL,所以I1∶I2=F1∶F2=cos θ∶1。故A、D正确,B、C错误。
考点综合训练
11.(2018·江苏高考)如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ,间距为d。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直。质量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有电流。金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重力加速度为g。求下滑到底端的过程中,金属棒
(1)末速度的大小v;
(2)通过的电流大小I;
(3)通过的电荷量Q。
解析:(1)金属棒做匀加速直线运动,
根据运动学公式有v2=2as
解得v=。
(2)金属棒所受安培力F安=IdB
金属棒所受合力F=mgsin θ-F安
根据牛顿第二定律有F=ma
解得I=。
(3)金属棒的运动时间t=,
通过的电荷量Q=It
解得Q=。
答案:(1) (2) (3)
12.如图所示,质量为m的金属棒长为L1,棒两端与长为L2的细软金属线相连,吊在磁感应强度为B、竖直向上的匀强磁场中。当金属棒中通过稳恒电流I后,金属棒向纸外摆动,摆动过程中的最大偏角θ=60°。求:
(1)金属棒中电流大小和方向;
(2)金属棒在摆动过程中动能的最大值。
解析:(1)金属棒向纸外摆动,所受的安培力向外,根据左手定则判断得知,金属棒中电流方向水平向右;
金属棒上摆的过程,根据动能定理得:
FBL2sin 60°-mgL2(1-cos 60°)=0
又安培力为:FB=BIL1
联立解得:I=。
(2)由题意,金属棒向上摆动的最大偏角θ=60°,根据对称性可知,偏角为30°时是其平衡位置,金属棒受力如图所示:
则有:G=FBcot 30°
当金属棒偏角是30°时,速度最大,动能最大,由动能定理可得:
Ekm=FBL2sin 30°-mgL2(1-cos 30°)
解得最大动能为:Ekm=mgL2。
答案:(1) 方向水平向右 (2)mgL2