2018-2019學年高二物理 寒假訓練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力

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1、 寒假訓練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力 1．【2018年南昌二中高三上學期第四次月考】兩個相同的全長電阻為9 Ω、半徑為8 cm的均勻光滑圓環(huán)固定在一個絕緣的水平臺面上，兩環(huán)分別在兩個互相平行的、相距為20 cm的豎直面內(nèi)，兩環(huán)的圓心連線恰好與環(huán)面垂直，兩環(huán)面間有方向豎直向下的磁感應強度T的勻強磁場(未畫出)，兩環(huán)的最高點A和C間接有一內(nèi)阻為0.5 Ω的電源，連接的導線的電阻不計?，F(xiàn)有一根質(zhì)量為10 g、電阻為1.5 Ω的導體棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可沿環(huán)滑動，而棒恰好靜止于如圖所示的水平位置，它與圓弧的兩接觸點P、Q和圓弧最低點間所夾的弧對應的圓心角均為θ＝60°，重力加速度g取10 m/s2。

2、 (1)求此電源電動勢E的大小； (2)若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢E的大小為2 V的電源，其他條件不變，現(xiàn)將棒從圓環(huán)最低點靜止釋放，問：棒經(jīng)過P、Q點時對兩環(huán)的彈力各為多少？棒能上升的最大高度為多少？ 一、多選題 1．【2018年浙江省名校協(xié)作體高三上學期9月聯(lián)考】物理學的發(fā)展極大地豐富了人類對物質(zhì)世界的認識，推動了科學技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步。關(guān)于物理學發(fā)展過程中的認識，下列說法不正確的是(　 ) A．法拉第創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場” B．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應 C．自然

3、界的電荷只有兩種，庫侖把它們命名為正電荷和負電荷 D．牛頓進行了“月—地檢驗”，得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論 2．【2018年臺州中學高二上學期月考】關(guān)于磁感應強度，下列說法正確的是(　 ) A．磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導線無關(guān) B．通電導線受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導線不受安培力的地方一定不存在磁場 C．人們通常用通電導線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱，如果將這根通電導線拿走，那該點的磁感應強度就變?yōu)榱? D．由可知，B與F成正比與IL成反比 3．【2018年遵義市第四教育集團高三上學期第二次聯(lián)考】

4、(多選)無限長通電直導線在周圍某一點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度B的大小與電流成正比，與導線到這一點的距離成反比，即(式中k為常數(shù))。如圖所示，兩根相距L的無限長直導線分別通有電流I和3I，在兩根導線的連線上有a、b兩點，a點為兩根直導線連線的中點，b點距導線I的距離為L。下列說法正確的是(　 ) A．a(chǎn)點和b點的磁感應強度方向相同 B．a(chǎn)點和b點的磁感應強度方向相反 C．a(chǎn)點和b點的磁感應強度大小之比為8 : 1 D．a(chǎn)點和b點的磁感應強度大小之比為16 : 1 4．【2018年贛州高二月考】如圖所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導線ef，已知ef平行于ab

5、，當ef豎直向上平移時，電流產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將(　 ) A．始終為零 B．逐漸減小 C．逐漸增大D．不為零，但保持不變 5．【2018年吉林上學期高二第二次月考】如圖所示，A為通電線圈，電流方向如圖，B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓，φB、φC分別為通過兩圓面的磁通量的大小，下列判斷中正確的是(　 ) A．φB＝φC B．φB <φC C．穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向外的 D．穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向里的 6．【2018年重慶一中高二月考】將圓柱形強磁鐵吸在干電池的負極，強磁鐵的S極朝上N極朝下，金屬導線折成上端有一支點，下端開口的導線框，使導線框

6、的頂端支點和底端分別與電源的正極和磁鐵都接觸良好但不固定，這樣整個線框就可以繞電池旋轉(zhuǎn)起來。下列判斷正確的是(　 ) A．線框能旋轉(zhuǎn)起來，是因為慣性 B．俯視觀察，線框沿逆時針方向旋轉(zhuǎn) C．電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率 D．導線框?qū)⑸舷抡駝? 7．【2018年浙江省高三上學期11月選考】電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤上。當兩線圈均無電流通過時，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是(　 ) A．當天平示數(shù)為負時，兩線圈電流方向相同 B．當天平示數(shù)為正時，兩線圈電流方向相同 C．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大

7、于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力 D．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力 8．【2018年安慶市高三上學期五校聯(lián)考】如圖所示，磁感應強度大小為B的勻強磁場方向斜向右上方，與水平方向所夾的銳角為45°。將一個金屬圓環(huán)ab置于磁場中，圓環(huán)的圓心為O，半徑為r，兩條半徑Oa和Ob相互垂直，且Oa沿水平方向。當圓環(huán)中通以電流I時，圓環(huán)受到的安培力大小為(　 ) A．2BIr B． C．BIr D． 9．【2018年長安區(qū)第一中學高二上學期期中】如圖所示，一水平放置的N匝矩形線框面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向斜向上，與水平面成30°角，現(xiàn)

8、若使矩形框以左邊的一條邊為軸轉(zhuǎn)到豎直的虛線位置，則此過程中磁通量的改變量的大小是(　 ) A． B． C． D． 10．【2018年汕頭市金山中學高二上學期期中】(多選)如圖所示，圓圈中的“×”表示電流方向垂直紙面向里，圓圈中的“?”表示電流方向垂直紙面向外。兩根通電長直導線a、b平行水平放置，a、b中的電流強度均為I，此時a受到的磁場力大小為F。當在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導線c后，a受到的磁場力大小仍為F，圖中abc正好構(gòu)成一個等邊三角形，則此時(　 ) A．b受到的磁場力大小為F B．b受到的磁場力大小為 C．c受到的磁場力

9、大小為F D．c受到的磁場力大小為 二、解答題 11．【2018年蘭州一中高二12月月考】如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應強度，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為L，處于勻強磁場內(nèi)，勻強磁場的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡，然后使電流反向，大小不變，這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再次達到新的平衡。 (1)若線圈串聯(lián)一個電阻R連接到電壓為U的穩(wěn)定電源上，已知線圈電阻為r，當線圈中通過電流I時，請用題給的物理量符號表示出電阻R的大??； (2)請用重力加速度g和n、m、L、I導出B的表達式。

10、 12．【龍泉中學2018年高二月考】如圖所示，通電直導線ab質(zhì)量為m、長為L，水平地放置在傾角為θ的光滑斜面上，通以圖示方向的電流，電流強度為I，要求導線ab靜止在斜面上。 (1)若磁場的方向豎直向上，則磁感應強度的大小如何？ (2)若要求磁感應強度最小，則磁感應強度的方向和大小如何？ 寒假訓練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力 1．【解析】（1）從左向右看，棒PQ的受力如圖所示，棒受重力mg、安培力F安和環(huán)對棒的彈力FN作用；根據(jù)平衡條件得F安=mgtanθ 安培力F安=IBL 聯(lián)立解得I=1 A 在電路中兩個圓環(huán)分別連入電路的電阻為R環(huán)=13×9Ω×

11、23×9Ω13×9Ω+23×9Ω=2 Ω 由閉合電路歐姆定律得：E=I(r+2R環(huán)+R棒)=6 V. （2）若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢E的大小為2V的電源，則電路中的電流 I1=ER棒+r=20.5+1.5A=1A 安培力F安1=BI1L=310N 棒經(jīng)過P、Q點時的速度為v，則F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2 解得：v=1.6m/s； 棒在經(jīng)過P、Q點時，由牛頓第二定律：2FN1-mgcos600-F安1cos300=mv2R 解得FN1=0.2N 棒在平衡位置的速度最大，此位置的與圓心的連線與豎直方向的夾角為tanα=F安1mg

12、=3，則α=600， 則棒能上升的最高點應該關(guān)于平衡位置對稱，則棒能上升的最大高度為h=R(1+cos600)=12cm 一、多選題 1．【答案】C 【解析】法拉第認為電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場，并創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”，A正確；奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在著磁場，B正確；自然界中有兩種電荷，但不是庫侖命名的，C錯誤；牛頓進行了“月-地檢驗”，得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論，D正確． 2．【答案】A 【解析】磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導線無關(guān)，人們通常用通電導線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱，如果將這

13、根通電導線拿走，那該點的磁感應強度仍然是不變的，選項A正確，C錯誤；通電導線受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導線不受安培力的地方也可能存在磁場，例如當導線和磁場方向平行時，導線受磁場力為零，選項B錯誤；磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的，與導線所受的安培力F和IL無關(guān)，選項D錯誤。 3．【答案】AD 【解析】根據(jù)右手螺旋法則，導線周圍的磁場的磁感線，是圍繞導線形成的同心圓，3I導線與I導線在a處的磁感應強度方向都向下，則合磁感應強度方向向下的；由B=kIL 3I導線在b處的磁感應強度方向向下，而I導線在b處的磁感應強度方向向上，因3I導線產(chǎn)生的磁場較大，則合磁感應強度方向向下，

14、因此a點和b點的磁感應強度方向相同，故A正確，B錯誤；3I導線與I導線在a處的磁感應強度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL，而3I導線與I導線在b處的磁感應強度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L，則a點和b點的磁感應強度大小之比為16：1，故C錯誤，D正確。 4．【答案】A 【解析】電直導線產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，由于從線圈這面穿過，又從這面穿出，則穿過線框的磁感線的條數(shù)為零，磁通量為零，故A正確，BCD錯誤。 5．【答案】C 【解析】根據(jù)題意可知，結(jié)合右手螺旋定則可得，線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外，而外部則垂直向里，凈磁通量向外，故C正確，D錯誤；磁通量可看成穿過線圈的磁感線

15、條數(shù)，由于線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外，而外部則垂直向里，當線圈的面積越大時，則相互抵消的越多，因此穿過線圈B的磁通量最大，線圈C的磁通量最小，故A、B錯誤。 6．【答案】B 【解析】扁圓柱形磁鐵上端為S極，下端為N極，周圍磁感線由上往下斜穿入線框內(nèi)部，而電流的方向是從正極到負極，即電流方向是向下的，根據(jù)左手定則右邊的線框受到向里的安培力，左邊的導線框受到向外的安培力，所以從俯視的角度上觀察，線框應該逆時針旋轉(zhuǎn)，故A、D錯，B對；根據(jù)能量守恒知，電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率與回路中產(chǎn)生的熱量之和，故C錯誤。 7．【答案】A 【解析】當兩線圈電流相同時，表現(xiàn)為相互吸引，電

16、流方向相反時，表現(xiàn)為相互排斥，故當天平示數(shù)為正時，兩者相互排斥，電流方向相反，當天平示數(shù)為負時，兩者相互吸引，電流方向相同，A正確B錯誤；線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對相互作用力，等大反向，C錯誤；靜止時，線圈II平衡，線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對平衡力，D錯誤． 8．【答案】D 【解析】通電導線的有效長度為L=2r，故受到的安培力為F=BIL=2BIr，故選D。 9．【答案】D 【解析】矩形線圈abcd如圖所示放置，勻強磁場方向向左上方，平面水平放置時通過線圈的磁通量為Φ1=BSsin30°＝12BS。當規(guī)定此時穿過線圈為正面，則當線圈繞a

17、d軸轉(zhuǎn)90°角時，穿過線圈反面，則其的磁通量Φ2=?BScos30°＝?32BS。因此穿過線圈平面的磁通量的變化量為△Φ＝Φ2?Φ1＝?32BS?12BS＝?3+12BS。故選D。 10．【答案】BC 【解析】加上導線c后，a受到的磁場力如圖所示，a受到的合磁場力仍為F，則受到c給的磁場大小也為F，與b給的磁場力夾角為120°，故合力為Fa=F，因為abc正好構(gòu)成一個等邊三角形，所以c給b的磁場力大小為F，c受到的磁場力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得b受到的磁場力Fb=2Fcos30°=3F，根據(jù)牛頓第三定律可得，c受到的a、b給的磁場力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得Fc=F，BC正確

18、． 二、解答題 11．【解析】(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I（R+r）=U 解得：R=UI-r； (2) 根據(jù)平衡條件，有：mg=2nBIL， 解得：B=mg2nIL。 12．【解析】(1)若磁場方向豎直向上，從a向b觀察，導線受力情況如圖所示，由平衡條件得： 在水平方向上：F-FNsinθ=0 在豎直方向上：mg-FNcosθ=0 其中F=BIL 聯(lián)立以上各式可解得：B=mgtanθIL； (2) 若要求磁感應強度最小，則一方面應使磁場方向與通電導線垂直，另一方面應調(diào)整磁場方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小，如圖所示，由力的矢量三角形討論可知，當安培力方向與支持力垂直時，安培力最小，對應磁感應強度最小，設其值為Bmin，則： BminIL=mgsinθ， 解得：Bmin=mgsinθIL 根據(jù)左手定則判定知，該磁場方向垂直于斜面向上。 9