- 419.50 KB
- 2021-06-01 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
考点规范练45 磁场的描述 磁场对电流的作用
一、单项选择题
1.(2018·河南郑州质量预测)目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点。已知某段直流输电线长度l=200 m,通有从西向东I=4 000 A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5 T,磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin 5°≈0.1)。则该段导线所受安培力的大小和方向为 ( )
A.40 N,向北与水平面成85°角斜向上方
B.4 N,向北与水平面成85°角斜向上方
C.4 N,向南与水平面成5°角斜向下方
D.40 N,向南与水平面成5°角斜向下方
2.(2017·全国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.B0 C.B0 D.2B0
3.如图所示,两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨宽度为l,一端与电源连接。一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ=,在安培力的作用下,金属棒以v0的速度向右匀速运动,通过改变磁感应强度的方向,可使流过导体棒的电流最小,此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为( )
A.37° B.30° C.45° D.60°
4.一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流,则关于导线ab受磁场力后的运动情况,下列说法正确的是( )
A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管
B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管
C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管
D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
二、多项选择题
5.质量为m的金属细杆置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,杆与导轨间的动摩擦因数为μ,有电流通过杆,杆恰好静止于导轨上,在如图所示的A、B、C、D四个图中,杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是( )
6.光滑平行导轨水平放置,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l=20 cm的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60 g、电阻R=1 Ω、长为l的导体棒ab,用长也为l的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ=53°,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(不考虑导体棒切割的影响),导轨电阻不计,sin 53°=0.8,g取10 m/s2则( )
A.磁场方向一定竖直向下
B.电源电动势E=3.0 V
C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3 N
D.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048 J
三、非选择题
7.(2017·天津卷)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨。问:
(1)磁场的方向;
(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;
(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。
考点规范练45 磁场的描述 磁场对电流的作用
1.A 解析 地磁场方向与电流方向垂直,由安培力F=BIl=40 N,B、C项错误;由左手定则可知,电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方,A项正确,D项错误。
2.C 解析 设导线P和Q在a点处产生磁场的磁感应强度B1、B2的大小为B,如图甲所示,两磁感应强度的夹角为60°,可知合磁感应强度大小为B,方向水平向右,所以匀强磁场的磁感应强度B0=B,方向水平向左;P中的电流反向后,导线P和Q在a点处产生磁场的磁感应强度B1'、B2'如图乙所示,各自大小仍为B,夹角为120°,则其合磁感应强度大小仍为B,方向竖直向上,与原匀强磁场B0合成后,总的磁感应强度大小为B总=B0,C正确。
3.B 解析 由题意对棒受力分析,设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角,则有BIlcos θ=μ(mg-BIlsin θ),整理得BIl=,电流最小时,安培力最小,由数学知识解得θ=30°,B正确。
4.D 解析 由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向,导线等效为Oa、Ob两电流元,由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向,如图所示,所以从上向下看导线逆时针转动,当转过90°时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下,即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管,选项D正确。
5.CD 解析 选项A中,通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态,如图甲所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。当安培力变大或变小时,细杆有上滑或下滑的趋势,于是有静摩擦力产生。
选项B中,通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态,如图乙所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。当安培力减小时,细杆还受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力,也可能处于静止状态。
选项C和D中,通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势,故一定受到沿导轨向上的静摩擦力,如图丙、丁所示,所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零。故答案为C、D。
6.AB 解析 导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直向下,选项A正确;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知BIl·lsin θ-mgl(1-cos θ)=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3 A,由E=IR得电源电动势E=3.0 V,选项B正确;由F=BIl得导体棒在摆动过程中所受安培力F=0.3 N,选项C错误;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和,即W=Q+ΔE,而ΔE=mgl(1-cos θ)=0.048 J,所以W>0.048 J,选项D错误。
7.解析 (1)由题意可知,MN所受安培力可以使其水平向右运动,故安培力方向为水平向右,而MN中的电流方向为从M到N,因此,根据左手定则可判断磁场方向为垂直于导轨平面向下。
(2)电容器完全充电后,两极板间电压为E,当开关S接2时,电容器放电,设刚放电时流经MN的电流为I,有
I= ①
设MN受到的安培力为F,有
F=IlB ②
由牛顿第二定律,有
F=ma ③
联立①②③式得
a= ④
(3)当电容器充电完毕时,设电容器上电荷量为Q0,有
Q0=CE ⑤
开关S接2后,MN开始向右加速运动,速度达到最大值vmax时,设MN上的感应电动势为E',有
E'=Blvmax⑥
依题意有
E'= ⑦
设在此过程中MN的平均电流为,MN上受到的平均安培力为,有
lB ⑧
由动量定理,有
Δt=mvmax-0 ⑨
又Δt=Q0-Q ⑩
联立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得
Q=。
答案 (1)垂直于导轨平面向下
(2) (3)