第1讲 磁场的描述及磁场对电流的作用 练习含详解

第九章磁场
第1讲磁场的描述及磁场对电流的作用
1．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()．
A．磁场中某点B的大小，与放在该点的试探电流元的情况有关
B．磁场中某点B的方向，与放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C．在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D．在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大
解析磁感应强度是磁场本身的属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由B＝F
IL计算，
但与试探电流元的F、I、L的情况无关；B的方向规定为小磁针N极所受磁场力的方向，与放在该处的电流元受力方向并不一致；当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽磁感应强度不为零，但电流元所受磁场力却为零；在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大．
答案 D
2．如图4所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()．
图4
A.BL2
2 B.
NBL2
2C．BL
2D．NBL2
解析穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝1
2BL
2，故A正确．
答案 A
3．某同学在做“探究通电直导线产生的磁场”实验时，先在水平实验台上放置一枚小磁针，发现小磁针N极指北，然后他把一直导线沿南北方向置于小磁针正上方，并通入电流强度为I的恒定电流，发现小磁针的N极指向为北偏西60°，他通过查阅资料知当地的地磁场磁感应强度的水平分量为B，则通电导线产生的磁场在小磁针所在处的磁感应强度和通
入的电流方向为()．
A．2B由南向北 B.3B由南向北
C．2B由北向南 D.
3
3B由北向南
解析由题意可知，导线在小磁针处产生的磁场方向指向正西，由矢量合成可得，电流在小磁针处产生的磁感应强度为3B，由安培定则可知电流方向由南向北，故B选项正确．
答案 B
4．三根平行的长直通电导线，分别通过一个等腰直角三角形的三个顶点且与三角形所在平面垂直，如图所示．现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B，则下列说法中正确的有()
图3
A．O点处实际磁感应强度的大小为B
B．O点处实际磁感应强度的大小为5B
C．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为90°
D．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为arctan 2
解析先根据安培定则确定每根通电导线在O点所产生的磁感应强度的方向，再根据矢量合成法则求出结果．根据安培定则，I1与I3在O点处产生的磁感应强度B1、B3方向相同，I2在O点处产生的磁感应强度方向与B1、B3方向垂直，如图所示，故O点处实际磁感应强度大小为B0＝(B1＋B3)2＋B22＝5B，A错误、B正确；由几何关系可知O点处实际磁感应强度方向与斜边夹角为arctan 2，C错误、D正确．
答案BD
5．有两根长直导线a、b互相平行放置，如图6所示为垂直于导线的截面图．在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两根导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等．若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度的说法中正确的是()．
图6
A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同
B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反
C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零
D．在线段MN上只有一点的磁感应强度为零
解析两根导线分别在M点和N点产生的磁感应强度大小相等，方向相反，所以M点、N点的磁感应强度大小相等，方向相反，选项B正确；线段MN中点O的磁感应强度为零，选项D正确．
答案BD
6．在匀强磁场中某处P放一个长度为L＝20 cm，通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场中撤走，则P处磁感应强度为()．
A．零
B．10 T，方向竖直向上
C．0.1 T，方向竖直向上
D．10 T，方向肯定不是竖直向上
解析由公式B＝F
IL可知，把数值代入可以得到B＝10 T，公式中L是与B垂直的，所以
P处磁感应强度的方向肯定不是竖直向上的．
答案 D
7．如图7所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()
图7
A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB
解析安培力的合力F＝BIad＝BI(ab·cos 45°＋bc＋cd·cos 45°)＝(2＋1)BIL，故A正确．答案A
8．如图8所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()．
图8
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外、S极向纸内转动
D．N极向纸内、S极向纸外转动
解析画出导线所在位置的磁感线分布情况，如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分．由左手定则可知左边的导线受到向纸内的作用力，右边的导线受到向纸外的作用力，所以导线左边向纸内转动，右边向纸外转动，若导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向纸外转动，S极向纸内转动，C项正确．
答案 C
9．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图9所示，利用这种装置可以把质量为m＝2.0 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6 km/s，若这种装置的轨道宽为d＝2 m，长L＝100
m，电流I＝10 A，轨道摩擦不计且金属杆EF与轨道始终接触良好，则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是()．
图8
A．B＝18 T，P m＝1.08×108 W
B．B＝0.6 T，P m＝7.2×104 W
C．B＝0.6 T，P m＝3.6×106 W
D．B＝18 T，P m＝2.16×106 W
解析通电金属杆在磁场中受安培力的作用而对弹体加速，由功能关系得BIdL＝1
2m v
2
m
，
代入数值解得B＝18 T；当速度最大时磁场力的功率也最大，即P m＝BId v m，代入数值得P m＝2.16×106 W，故D项正确．
答案D图8--1-20
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，理论上可采用的方法是()
图10
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：设轨道长度为L，弹体质量为m，电流为I，轨道宽度为d，发射速度为v，此时B
＝kI，根据动能定理，kI·I·d·L＝1
2m v
2.解得v＝I
2kdL
m，由此可确定，B、D正确．
答案：BD
11．如图1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．导线中通以沿x轴正方向的电流I，悬线与竖直方向的夹角为θ，且导线保持静止，则磁感应强度的方向和大小可能为()．
图11
A．z轴正向，mg
IL tan θB．y轴正向，
mg
IL
C．z轴负向，mg
IL tan θD．沿悬线向上，
mg
IL sin θ
解析当匀强磁场的方向沿y轴正方向时，由左手定则判断可知，安培力方向竖直向上，
则BIL＝mg，解得B＝mg
IL；当匀强磁场的方向沿z轴负方向时，由左手定则判断可知，
安培力沿水平方向，逆着电流方向看，受力如图所
示，其中安培力F
安＝BIL，则BIL＝mg tan θ，解得B＝
mg
IL tan θ.
答案BC
12．如图2所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，取g＝10 m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
图12
(1)金属棒所受到的安培力的大小．
(2)通过金属棒的电流的大小．
(3)滑动变阻器R 接入电路中的阻值．
解析 (1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡，如图所示 F 安＝mg sin 30°，代入数据得F 安＝0.1 N.
(2)由F 安＝BIL 得I ＝F 安BL ＝0.5 A.
(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R 0，根据闭合电路欧姆定律得： E ＝I (R 0＋r )
解得R 0＝E I －r ＝23 Ω.
答案 (1)0.1 N (2)0.5 A (3)23 Ω。