2020高考物理一轮总复习第九章磁场基础课1磁场及磁场对电流的作用练习(含解析)新人教版

基础课 1 磁场及磁场对电流的作用
跟踪检测
一、选择题
1．(多选)指南针是我国古代四大发明之一，关于指南针，下列说法正确的是 ( ) A．指南针可以仅具有一个磁极
B．指南针能够指向南北，说明地球具有磁场
C．指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转
解析：选BC 指南针两端分别是N极和S极，具有两个磁极，选项A错误；指南针静止时，N极的指向为该处磁场的方向，故指南针能够指向南北，说明地球具有磁场，选项B 正确；铁块在磁场中被磁化，会影响指南针的指向，选项C正确；通电直导线在其周围会产生磁场，会影响指南针的指向，选项D错误．
2．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：选B 由左手定则可知，安培力的方向一定与磁场方向和直导线垂直，选项A错误，B正确；安培力的大小F＝BIL sinθ，与直导线和磁场方向的夹角有关，选项C错误；将直导线从中点折成直角，假设原来直导线与磁场方向垂直，若折成直角后一段与磁场仍垂直，另一段与磁场平行，则安培力的大小变为原来的一半，若折成直角后，两段都与磁场垂
直，则安培力的大小变为原来的
2
2
，因此安培力大小不一定是原来的一半，选项D错误．
3．(2017年上海卷)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：选D 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．
4．如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面，b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直．磁感应强度可能为零的点是( )
A．a点 B．b点
C．c点 D．d点
解析：选C 由安培定则画出a、b、c、d点的磁感线的分布图，由图可知电流I1、I2在a、c两点的磁场方向相反，这两点处的磁感应强度可能为零，又I1＞I2，故磁感应强度为零的点距I1的距离应比I2的大，故C正确，A、B、D均错误．
5．(多选)通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动，则下列描述正确的是( )
A．L2绕轴O按顺时针转动
B．L2绕轴O按逆时针转动
C．L4绕轴O按顺时针转动
D．L4绕轴O按逆时针转动
解析：选BC 题图甲中由安培定则，可知导线L1上方磁场垂直纸面向外，且离导线L1的距离越近，磁场越强，导线L2上每一小部分受到的安培力方向水平向右，但轴O下方导线所受安培力较大，所以L2绕轴O按逆时针转动，A错，B对；题图乙中轴O上方导线L4所受安培力向右，轴O下方导线L4所受安培力向左，即L4绕轴O按顺时针转动，C对，D错．6．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＝
3
3
，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(不考虑金属棒切割的影响)( )
A．37° B．30°
C．45° D．60°
解析：选 B 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
BIL cosθ＝μ(mg－BIL sinθ)，整理得BIL＝μmg
cosθ＋μsinθ
.电流有最小值，就相当于安培力有最小值，由数学知识解得θ＝30°，则选项A、C、D错误，B正确．
7．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是( )
A．棒中的电流变大，θ角变大
B．两悬线等长变短，θ角变小
C．金属棒质量变大，θ角变大
D．磁感应强度变大，θ角变小
解析：选A 金属棒MN受力分析及其侧视图如图所示，由平衡条件可知F安＝mg tanθ，而F安＝BIL，即BIL＝mg tanθ，则I↑⇒θ↑，m↑⇒θ↓，B↑⇒θ↑，故A正确，C、D 错误；θ角与悬线长度无关，B错误．
8．(多选)如图甲所示，电流恒定的通电直导线MN ，垂直平放在两条相互平行且足够长的水平光滑导轨上，电流方向由M 指向N ，在两导轨间存在着竖直磁场，取垂直导轨面向下的方向为磁感应强度的正方向，当t ＝0时导线恰好静止，若磁感应强度B 按如图乙所示的规律变化，则下列说法正确的是( )
A ．在最初的一个周期内，导线在导轨上做往复运动
B ．在最初的一个周期内，导线一直向左运动
C ．导线一直做加速度不变的匀加速直线运动
D ．在最初的半个周期内，导线的速度先增大后减小
解析：选AD 由安培力的表达式F ＝BIL 结合题图乙可知，安培力F 在一个周期内随磁
感应强度B 的变化而变化，在前14
周期内，安培力F 大小方向均不变，加速度大小方向均不变，由于初速度为零，所以导线在水平方向上向右做匀加速直线运动；在14周期到12
周期内，磁场方向改变，安培力方向改变，加速度方向改变，速度减小，至12
周期时速度减小到零，所以D 项正确；而后在12周期到34周期内，导线MN 反向加速，34
周期到1个周期内，导线又减速，在一个周期结束时又回到原来的位置，即做往复运动，所以A 项正确，B 、C 错误．
9．(多选)(2019届山东潍坊调研)美国研发的强力武器轨道电磁炮在试射中将炮弹以5倍音速，击向200公里外目标，射程为海军常规武器的10倍，其破坏力惊人．电磁炮原理如图所示，若炮弹质量为m ，水平轨道长L ，宽为d ，轨道摩擦不计，炮弹在轨道上做匀加速运动．要使炮弹达到5倍音速(设音速为v )，则( )
A ．炮弹在轨道上的加速度为25v 2
2L
B ．磁场力做的功为52
mv 2 C ．磁场力做功的最大功率为125mv 32L
D ．磁场力的大小为25mdv 2
2L
解析：选AC 炮弹在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动，由公式v 2＝2ax 得a ＝v
22L ，A 正确；不计摩擦，磁场力做的功等于炮弹增加的动能，即W ＝12m (5v )2＝25mv 22
，B 错误；由动能定理得FL ＝12m (5v )2，磁场力的大小F ＝m v 22L ，则磁场力的最大功率P m ＝
F ·(5v )＝m v
22L ·(5v )＝125mv 3
2L ，C 正确，D 错误． 10．(多选)(2018届沈阳四校联考)一质量为0.06 kg 、长为0.1 m 的金属棒MN 用两根长度均为1 m 的绝缘细线悬挂于天花板的顶端，现在金属棒所在的空间加一竖直向下的磁感应强度大小为0.5 T 的匀强磁场，当在金属棒中通有恒定的电流后，金属棒能在竖直平面内摆动，当金属棒摆到最高点时，细线与竖直方向的夹角为37°，已知一切阻力可忽略不计，g ＝10 m/s 2
，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.下列正确的说法是( )
A ．金属棒在摆动到最高点的过程中，机械能增加
B ．金属棒在摆动到最高点的过程中，机械能先增加后减少
C ．通入金属棒中的电流为9 A
D ．通入金属棒中的电流为4 A
解析：选AD 金属棒的长度用l 表示，细线的长度用R 表示，则在金属棒上升过程中，安培力做正功，机械能一直增加，A 正确，B 错误；由动能定理知W 安－W 重＝0，即BIlR sin37°＝mgR (1－cos37°)，代入数值得I ＝4 A ，C 错误，D 正确．
二、非选择题
11．如图所示，一长为10 cm 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0.1 T ，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12 V 的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm ；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0.3 cm ，重力加速度大小取10 m/s 2
.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．
解析：开关闭合后，电流方向从b 到a ，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下．
开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长了Δl 1＝0.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得2k Δl 1＝mg ①
式中，m 为金属棒的质量，k 是弹簧的劲度系数，g 是重力加速度的大小．
开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为
F ＝BIL ②
式中，I 是回路电流，L 是金属棒的长度．两弹簧各自再伸长了Δl 2＝0.3 cm ，由胡克定律和力的平衡条件得2k (Δl 1＋Δl 2)＝mg ＋F ③
由欧姆定律有E ＝IR ④
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m ＝0.01 kg.
答案：竖直向下 0.01 kg
12．(2019届陕西渭南教学质量检测)如图所示，电源电动势为3 V ，内阻不计，两个不计电阻的金属圆环表面光滑，竖直悬挂在等长的细线上，金属环面平行，相距1 m ，两环分别与电源正负极相连．现将一质量0.06 kg 、电阻1.5 Ω的导体棒轻放在环上，导体棒与环有良好电接触．两环之间有方向竖直向上、磁感应强度为0.4 T 的匀强磁场．当开关闭合后，导体棒上滑到某位置静止不动，试求在此位置上棒对每一个环的压力为多少？若已知环半径为0.5 m ，此位置与环底的高度差是多少？
解析：棒受的安培力F ＝BIL
棒中电流为I ＝E R ，代入数据解得F ＝BEL R
＝0.8 N 对棒受力分析如图所示(从右向左看)，两环支持力的总和为
2N ＝F 2＋mg 2
代入数据解得N ＝0.5 N
由牛顿第三定律知，棒对每一个环的压力为0.5 N
由图中几何关系有tanθ＝F
mg
＝
0.8
0.6
＝
4
3
，得θ＝53°
棒距环底的高度为h＝r(1－cosθ)＝0.2 m. 答案：0.5 N 0.2 m。