近年高考物理一轮复习第九章第1讲磁场的描述磁场对电流的作用练习鲁科版(2021年整理)

2019版高考物理一轮复习第九章第1讲磁场的描述磁场对电流的作用练习鲁科版
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第1讲磁场的描述磁场对电流的作用
课时作业] 单独成册方便使用
[基础题组]
一、单项选择题
1．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是( ) A．安培力的方向可以不垂直于直导线
B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半
解析：根据左手定则可知：安培力的方向垂直于电流I和磁场B
确定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，选项A
错误，B正确；当电流I的方向平行于磁场B的方向时，直导线
受到的安培力为零，当电流I的方向垂直于磁场B的方向时，直导线受到的安培力最大，可见，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，选项C错误;如图所示,电流I和磁场B垂直，直导线受到的安培力F＝BIL，将直导线从中点折成直角,分段研究导线受到的安培力，电流I和磁场B垂直，根据平行四边形定则可得，导线受到的安培力的合力为F′＝错误!BIL,选项D 错误．
答案：B
2．(2017·高考上海卷)如图，一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间．电键闭合后导体棒受到的安培力方向( )
A．向上B．向下
C．向左D．向右
解析：根据图中的电流方向，由安培定则知U形铁芯下端为N极，上端为S 极，ab中的电流方向由a→b,由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右，选项D正确．
答案：D
3．(2018·湖南师大附中月考）如图所示，两根平行放置、长度均为L的直导线a和b,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中．当a导线通有电流大小为I、b导线通有电流大小为2I，且电流方向相反时，a导线受到的磁场力大小为F1，b导线受到的磁场力大小为F2，则a通电导线的电流在b导线处产生的磁感应强度大小为( ）
A。

错误!B。

错误!
C.错误!D。

错误!
解析：a、b导线中电流方向相反，两导线之间的磁场力为斥力，设大小为F，对a有F1＝F＋BIL，对b有F2＝F＋2BIL,解得F＝2F1－F2，对于导线b，F＝2F1－F2＝B′·2IL，解得B′＝错误!,故C正确．
答案：C
4．如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度．下列
各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它
们分别挂在天平的右臂下方．线圈中通有大小相同的电
流，天平处于平衡状态．若磁场发生微小变化，天平最
容易失去平衡的是（)
解析：由题图可知,A图中线圈回路在磁场中的有效长度L最长，由F＝nBIL 可知，磁场发生相同微小变化的前提下,A中安培力的变化量最大，最容易失
去平衡,A正确．
答案：A
5．如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动
势为E0的电源相连,质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导
轨放置构成闭合回路,回路平面与水平面成θ角，回路其余电
阻不计．为使ab棒静止，需在空间施加的匀强磁场磁感应强度的最小值及其方向分别为( )
A.错误!，水平向右
B.错误!,垂直于回路平面向上
C.错误!，竖直向下
D.错误!，垂直于回路平面向下
解析：对金属棒受力分析,受重力、支持力和安培力，如图
所示．由图看出,当安培力沿斜面向上时，有最小值，此时
磁感应强度的方向是垂直于回路平面向下．安培力的最小
值F A＝mg sin θ，故磁感应强度的最小值B＝错误!＝错误!，
根据欧姆定律，有E0＝IR，故B＝错误!.故选项D正确．
答案：D
二、多项选择题
6．（2018·河南重点中学联考）如图所示,将长度为L的
直导线放置在y轴上，当通以大小为I、沿y轴负方向的
电流后，测得其受到的安培力大小为F、方向沿x轴正方
向，则匀强磁场的磁感应强度可能为( )
A．沿z轴正方向，大小为错误!
B．在xOy平面内，大小为错误!
C．在zOy平面内,大小为错误!
D．在zOy平面内，大小为错误!
解析:已知电流沿y轴负方向，安培力方向沿x轴正方向,根据左手定则结合选项判断得知匀强磁场的磁感应强度在zOy平面内,设磁场与导线的夹角为α，则0°〈α≤90°，当α＝90°时，由F＝BIL sin α可知,B有最小值
为B min＝错误!，当0°〈α〈90°，B〉错误!,所以B＝错误!和B＝错误!是可能的，故A、B错误,C、D正确．
答案：CD
7．如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线
悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x
正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向
夹角为θ，则磁感应强度方向和大小可能为（)
A．z轴正向，错误!tan θ
B．y轴正向，错误!
C．z轴负向,错误!tan θ
D．沿悬线向上，mg
IL
sin θ
解析:如果B方向沿z轴正向,则安培力方向沿y轴负向，直导线所受三力合力不可能为零，A错误；如果B方向沿y轴正向，则安培力方向竖直向上，当安培力BIL＝mg时,可以平衡,此时B＝错误!,B正确;如果B方向沿z轴负向，则安培力方向沿y轴正向，直导线所受三力平衡时安培力BIL＝mg tan θ,此时B＝错误!tan θ,C正确;如果B方向沿悬线向上，则安培力方向垂直于细线的方向向内，直导线所受三力不可能平衡，D错误．
答案：BC
8．(2018·江西百校联盟大联考)如图所示，两平行金属导轨
PQ、MN间距为L，与电动势为E、内阻为r的电源相连，重力
为G、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，
回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计．现在加上匀
强磁场使ab棒保持静止,设回路中电流为I，则所加磁场的磁感应强度( ）A．大小可能为错误!
B．最小为G sin θ
IL
C．若磁场竖直向下，磁感应强度大小为错误! D．若磁场水平向右,磁感应强度大小为错误!
解析：当金属棒ab受到沿斜面向上的安培力来平衡重力分力G sin θ时，所加磁场的磁感应强度最小为错误!,选项A错误，B正确;若磁场竖直向下，金属棒受到的安培力水平向右，根据受力平衡有G sin θ＝BIL cos θ，磁感应强度B＝错误!,故选项C错误；若磁场水平向右，金属棒受到的安培力竖直向上,用以平衡重力，有G＝BIL，此时的磁感应强度B＝错误!,故选项D正确．答案:BD
[能力题组]
一、选择题
9．(2018·江苏连云港模拟）如图甲所示，一个条形磁铁P固定在水平桌面上，以P的右端点为原点，中轴线为x轴建立一维坐标系．一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置，设Q与x轴之间的夹角为θ。

实验测得sin θ与x之间的关系如图乙所示．已知该处地磁场方向水平,磁感应强度大小为B
.下列说法正确的是
（)
A．P的右端为S极
B．P的中轴线与地磁场方向平行
C．P在x0处产生的磁感应强度大小为B0
D．x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0
解析：当x趋向无穷大时，小磁针所指的方向为地磁场的方向，所以根据题图可知，x趋向无穷大时,sin θ趋向1，则θ趋向90°，即小磁针的方向与x轴的方向垂直，所以x轴正方向向东．当x非常小时，小磁针的N极沿x轴正方向，即向东．由题图甲可知，开始时小磁针N极背离O点，所以P 右端的磁极是N极，故A错误；由以上的分析可知,P的中轴线沿东西方向，与地磁场方向垂直，故B错误；由题图乙可知，x0处sin θ＝错误!,则θ＝
45°,P在x0处产生的磁感应强度大小B P满足tan 45°＝错误!,所以B P＝B0,C 正确；x0处合磁场的磁感应强度大小为B＝错误!＝错误!B0，故D错误．
答案：C
10。

如图所示,两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中，
匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒PQ放在导轨上,使其
水平且始终与导轨保持良好接触．现在金属棒PQ中通以变
化的电流I，同时释放金属棒PQ使其运动．已知电流I随时间变化的关系为I＝kt(k为常数，k>0）,金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数一定．以竖直向下为正方向，则下面关于金属棒PQ的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中，可能正确的是( ）
解析:因为开始时金属棒PQ加速度方向向下，与速度方向相同，做加速运动,加速度逐渐减小，即做加速度逐渐减小的变加速运动，然后加速度方向向上，加速度逐渐增大，做加速度逐渐增大的变减速运动，故A错误，B正确；根据牛顿第二定律得，金属棒PQ的加速度a＝错误!，f＝μN＝μF A＝μB IL＝μBLkt，联立解得加速度a＝g－错误!，与时间成线性关系，故C错误；t＝0时刻无电流,无安培力，只有重力，加速度竖直向下,为正值，故D错误．
答案：B
11．(多选)有一根质量为m、长度为d的通有水平向里的电流I
的导体棒，被长度为L的轻质绝缘细线悬挂在天花板上,在此空
间加上竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小B＝错误!，
若保持导体棒中的电流I始终不变，则( )
A．细线偏离竖直方向的夹角最大为30°
B．细线偏离竖直方向的夹角最大为60°
C．在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为2(错误!－1）mg
D．在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为错误!mg
解析:磁场方向竖直向下,导体棒受到水平向左的安培力，导体棒向左摆起，导体棒摆到最大高度时，由动能定理有BId ·L sin θ－mgL (1－cos θ）＝0－0，解得θ＝60°，A 错误，B 正确．当导体棒处于平衡状态时,根据平衡条件有BId ＝mg tan α，解得α＝30°，类比重力场可知导体棒在经过平衡位置时细线上拉力最大，设为F m ，重力和安培力的合力为F ＝错误!，经过平衡位置时速度大小设为v ，应用动能定理有BId ·L sin α－mgL (1－c os α）＝12
mv 2，应用向心力公式有F m －F ＝错误!，解得F m ＝2(错误!－1)mg ,C 正确，D 错误．
答案：BC
二、非选择题
12．(2016·高考全国卷Ⅲ）某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验．两根金属导轨ab 和a 1b 1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N 极位于两导轨的正上方,S 极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直．
（1）在图中画出连线，完成实验电路．要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后,金属棒沿箭头所示的方向移动．
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议：
A ．适当增加两导轨间的距离
B ．换一根更长的金属棒
C ．适当增大金属棒中的电流
其中正确的是________（填入正确选项前的标号）．
解析：（1）实物连线如图所示．
(2)根据公式F＝BIL可得,适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fx－μmgx＝错误!mv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v＝错误!变小，B错误．
答案：(1）图见解析（2）AC
13．（2018·湖北武汉模拟）如图所示,水平导轨间距为L
＝0.5 m,导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，
电阻R0＝0。

9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V,
内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应
强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成α＝53°角；ab与导轨间动摩擦因数为μ＝0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2,ab处于静止状态．已知sin 53°＝0.8,cos 53°＝0。

6.求：
(1)通过ab的电流大小和方向；
(2)ab受到的安培力大小和方向；
(3)重物重力G的取值范围．
解析:（1）由闭合电路欧姆定律可得，通过ab的电流I＝错误!＝错误!A＝2 A，方向由a到b；
(2）ab受到的安培力F＝BIL＝5×2×0。

5 N＝5 N,方向斜向左上方与水平方向成37°角．
（3）ab受力如图所示，最大静摩擦力f max＝μ(mg－F cos 53°)＝3。

5 N
由平衡条件得：
当最大静摩擦力方向向右时T＝F sin 53°－f max＝0。

5 N，
当最大静摩擦力方向向左时T＝F sin 53°＋f max＝7。

5 N 由于重物平衡，故T＝G
则重物重力的取值范围为0。

5 N≤G≤7.5 N.
答案:（1)2 A 方向由a向b
(2）5 N 方向斜向左上方与水平面成37°角
(3）0.5 N≤G≤7。

5 N。