《高考调研》2017届高三物理一轮复习测试题组31第八章磁场Word版含答案

题组层级快练(三十一)
一、选择题(其中1－8题，只有一个选项正确，9－11题有多个选项正确)
1.(2015·苏锡常镇四市二调)如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负
极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶
端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个
线框就可以绕电池轴心旋转起来．下列判断中正确的是( )
A ．线框能旋转起来，是因为电磁感应
B ．俯视观察，线框沿顺时针方向旋转
C ．电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率
D ．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大
解析 根据左手定则判断导线框的转动方向，根据能量守恒定律判断电流的大小．扁圆柱形磁铁上端为S 极，下端为N 极．由上往下看(俯视)，导线框沿逆时针转动，所以该装置的原理是电流在磁场中的受力，不是电磁感应．故A 、B 项错误；C 项，因为电源消耗的总功率一部分转化为内能，另一部分转化为动能，所以总功率大于机械功率．故C 项正确．D 项，受到的安培力开始时使线圈做加速运动，当安培力等于阻力时速度达到最大．故D 项错误，故选C 项．
答案 C
命题立意 本题旨在考查通电导线在磁场中的受力
2.(2015·怀化二中)如图所示，AC 是一个用长为L 的导线弯成的、以O 为
圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC 垂直的磁感应强度为B 的
匀强磁场中．当在该导线中通以由C 到A ，大小为I 的恒定电流时，该导
线受到的安培力的大小和方向是( )
A ．BIL ，平行于OC 向左 B.22BIL π，平行于OC 向右 C.22BIL π，垂直AC 的连线指向左下方 D ．22BIL ，垂直AC 的连线指向左下方
解析 由L 为14圆弧，所以2πR 4＝L ，即R ＝2L π，AC 的有效长度为l ＝2R ＝22L π
，安培力为F A ＝BIl ＝22BIL π
，方向由左手定则判断，垂直AC 的连线指向左下方，因此C 项正确．
答案 C
命题立意 本题旨在考查通电导线在磁场中的受力
垂直纸面的固定轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图所示．下
列哪种情况将会发生()
A．因L2不受磁场力的作用，故L2不动
B．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动
C．L2绕轴O按顺时针方向转动
D．L2绕轴O按逆时针方向转动
解析由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直于纸面向外，且离导线L1距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O 点的下方磁场较强，则安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，选项D正确．
答案 D
设置目的考查通电导线动态下所受安培力
4．(2015·唐山市实验)如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为F N1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为F N2，则下列关于磁铁对斜面压力和弹簧的
伸长量的说法中正确的是()
A．F N1<F N2，弹簧的伸长量减小B．F N1＝F N2，弹簧的伸长量减小
C．F N1>F N2，弹簧的伸长量增大D．F N1>F N2，弹簧的伸长量减小
解析在题图中，由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在导线A
处的一条磁感线，其方向是斜向左下方的，导线A中的电流垂直纸面向外时，由左手定则
可判断导线A必受斜向右下方的安培力，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜
向左上方，所以磁铁对斜面的压力减小，即F N1>F N2，同时，由于导线A比较靠近N极，安培力的方向与斜面的夹角小于90°，所以对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力，使得弹簧弹力增大，可知弹簧的伸长量增大，所以正确为C项．
答案 C
设置目的考查巧妙选取研究对象
5．(2016·河南中原名校联考)如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L＝1 m．P、M间接有一个电动势为E＝6 V，内阻r＝1 Ω的电源和一只滑动变阻器．导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2 kg，棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3 kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨
与棒的电阻不计，g取10 m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B＝2 T，方向竖直向下，为了使物
体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值不可能是()
A．2 ΩB．4 Ω
C．5 ΩD．6 Ω
解析导体棒水平方向受到向右的绳的拉力、向左的安培力和静摩擦力．当棒刚要向右滑动时，轨道对棒的静摩擦力向左达到最大，此时电路中电流最小，设为I1，由平衡条件得
BI1L＋μmg＝Mg，得I1＝Mg－μmg
BL＝
0.3×10－0.5×0.2×10
2×1
A＝1 A，此时变阻器接入电
路的电阻最大，设为R1，由欧姆定律，得R1＝E
I1－r＝
6
1Ω－1 Ω＝5 Ω；当棒刚要向左滑
动时，轨道对棒的静摩擦力向右达到最大，此时电路中电流最大，设为I2，由平衡条件得
BI2L＝μmg＋Mg，得I2＝Mg＋μmg
BL＝
0.3×10＋0.5×0.2×10
2×1
A＝2 A，此时变阻器接入电
路的电阻最小，设为R2，由欧姆定律，得R2＝E
I2－r＝(
6
2－1) Ω＝2 Ω，所以为了使物体
保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值范围为2 Ω≤R≤5 Ω，不可能是6 Ω.
答案 D
设置目的考查平面上的受力分析，三维图转化为二维图
6.倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上放有一根静止的金属杆ab.
现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度B逐渐增加
的过程中，ab杆受到的静摩擦力()
A．逐渐增大B．逐渐减小
C．先增大后减小D．先减小后增大
解析不加磁场时，杆ab是静止的，一定受到沿导轨向上的静摩擦力．当加上磁场时，根据左手定则判断出安培力的方向沿导轨向上，开始时此力较小，杆ab受的静摩擦力仍然沿导轨向上，当安培力逐渐增大时，静摩擦力开始减小直到零．再增大B，杆ab有沿导轨向上的运动趋势，杆ab受沿导轨向下的静摩擦力且逐渐增大，所以D项正确．
答案 D
设置目的考查安培力以及共点力的动态平衡
7．(2015·宁德市普高质检)如图为某种电磁泵模型，泵体是长为
L1，宽与高均为L2的长方体．泵体处在方向垂直向外、磁感应强
度为B的匀强磁场中，泵体的上下表面接电压为U的电源(内阻
不计)，理想电流表示数为I，若电磁泵和水面高度差为h，液体
的电阻率为ρ，在t 时间内抽取液体的质量为m ，不计液体在流动中和管壁之间的阻力，取重力加速度为g.则( )
A ．泵体上表面应接电源负极
B ．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL 1
C ．电源提供的电功率为U 2L 1ρ
D ．质量为m 的液体离开泵时的动能为UIt －mgh －I 2ρL 1
t 解析 A 项，当泵体上表面接电源的正极时，电流从上向下流过泵体，这时受到的磁场力
水平向左，拉动液体，故A 项错误；B 、C 项，根据电阻定律，泵体内液体的电阻：R ＝ρL S
＝ρ×L 2L 1L 2＝ρL 1
因此流过泵体的电流：I ＝U R ＝UL 1ρ
，电磁泵对液体产生的推力大小为：F ＝BIL 2 那么液体消耗的电功率为：P ＝U 2L 1ρ
，而电源提供的电功率为UI ，故B 、C 项错误；D 项，若t 时间内抽取水的质量为m ，根据能量守恒定律，则这部分水离开泵时的动能为：E k ＝UIt －mgh －I 2
ρL 1
t ，故D 项正确．故选D 项． 答案 D
命题立意 本题旨在考查带电粒子在混合场中的运动、安培力
8．(2015·浙江杭州)如图所示为电流天平，可用来测定磁感应强度．天
平的右臂上挂有一匝数为N 的矩形线圈，线圈下端悬在匀强磁场中，
磁场方向垂直纸面向里，当线圈中通有电流I(方向如图)时，发现天
平的右端低左端高，下列哪些调整方案可以使天平水平平衡( )
A ．仅减小电流大小
B ．仅增长线框的宽度l
C ．仅减轻左盘砝码的质量
D ．仅增加线圈的匝数
解析 天平是等臂杠杆，当线圈中通有电流I 时，根据左手定则，右端线圈受到的安培力竖直向下，天平的右端低左端高，说明安培力偏大，要使天平水平平衡，可以增加左端的砝码，也可以减小安培力，即减小匝数、电流、线框短边的长度，A 项正确，选项B 、C 、D 错误．
答案 A
设置目的 以电流天平为背景考查安培力
9．电磁轨道炮工作原理如图所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I 成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是( )
A ．只将轨道长度L 变为原来的2倍
B ．只将电流I 增加至原来的2倍
C ．只将弹体质量减至原来的一半
D ．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L 变为原来的2倍，其他量不变
解析 由题意可知，B ＝kI ，设轨道宽为d ，则F 安＝BId ＝kI 2d ，由动能定理，得F 安·L ＝12
mv 2，联立以上式子，解得v ＝2kI 2dL m ，B 、D 项正确，A 、C 项错误． 答案 BD
设置目的 考查安培力做功
10．(2015·甘肃平凉)如图所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所
在平面与水平面间的夹角为θ.质量为m 、长为L 的金属杆ab 垂直导
轨放置，整个装置处于垂直ab 方向的匀强磁场中．当金属杆ab 中通
有从a 到b 的恒定电流I 时，金属杆ab 保持静止．则磁感应强度方
向和大小可能为( )
A ．竖直向上，mgtan θ/IL
B ．平行导轨向上，mgcos θ/IL
C ．水平向右，mg/IL
D ．水平向左，mg/IL 解析 取切面图，从a 向b 看，只能看到a 的切面如图，受力分析如下图．
A 项有可能平衡，即安培力和重力的合力与支持力等大反向，A 项正确；
B 、
C 的受力不可
能平衡，B 、C 选项错误；D 项当安培力等于重力时，可能平衡，D 项正确．
答案 AD
设置目的 考查利用切面图进行受力分析
11．(2015·天津河北区)如图所示，有两根长为L 、质量为m 的细导体棒a 、
b ，a 被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b 被水平固定在与a 在同一
水平面的另一位置，且a 、b 平行，它们之间的距离为x.当两细棒中均通以
电流为I 的同向电流时，a 恰能在斜面上保持静止，则下列关于b 的电流在a 处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是( )
A ．方向向上
B ．大小为2mg 2LI
C ．要使a 仍能保持静止，而减小b 在a 处的磁感应强度，可使b 上移
D ．若使b 下移，a 将不能保持静止
解析 要使a 恰能在斜面上保持静止，由安培定则可知b 的电流在a 处产生的磁场的磁感应强度方向应向上，A 项正确．a 的受力如图甲所示．
tan45°＝F mg ＝BIL mg ，所以B ＝mg IL
，B 项错误．b 无论上移还是下移，b 在a 处的磁感应强度均减小．若上移，a 的受力如图乙所示．上移过程中F N 逐渐减小，F 安先减小后增大，两个力的合力等于mg ，此时a 仍能保持静止，故C 项正确．若使b 下移，同理可分析a 将不能保持静止，D 项正确．
答案 ACD
命题立意 考查安培力以及共点力的动态平衡
二、非选择题
12．(2014·重庆)某电子天平原理如图所示，E 形磁铁的两侧为N 极，中心为S 极，两极间的磁感应强度大小均为B ，磁极宽度均为L ，忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C 、D 与外电路连接．当质量为m 的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时对应的供电电流I 可确定重物的质量．已知线圈匝数为n ，线圈电阻为R ，重力加速度为g ，求：
(1)线圈向下运动过程中，线圈中感应电流是从C 端还是从D 端流出？
(2)供电电流I 是从C 端还是从D 端流入？求重物质量与电流的关系．
(3)若线圈消耗的最大功率为P ，该电子天平能称量的最大质量是多少？
解析 (1)E 形磁铁的两侧为N 极，中心为S 极，由于线圈在该磁铁的最下面的磁通量最大，所以向下的过程中向下的磁通量增加，根据楞次定律可得，感应电流的磁场的方向向上，所以感应电流的方向是逆时针方向(从上向下看)，电流由C 流出，D 端流入．或用右手定则判断．
(2)秤盘和线圈向上恢复到未放重物时的位置并静止，说明安培力的方向向上，由左手定则即可判断出电流的方向是逆时针方向(从上向下看)，电流由C 流出，由D 流入．
两极间的磁感应强度大小均为B ，磁极宽度均为L ，线圈匝数为n ，左右两侧受力相等，得mg ＝2n·BIL ，即m ＝2nBIL g
(3)设称重最大质量是m 0，由m ＝2nBIL g 和P ＝I 2R ，得m 0＝2nBL g
P R 答案 (1)C 端出 (2)从D 端流入，m ＝
2nBIL g
(3)2nBL g P R 设置目的 考查安培力的计算，特别是n 匝的。