（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 01 第1講 磁場的描述 磁場對(duì)電流的作用精練（含解析）

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1、第1講　磁場的描述　磁場對(duì)電流的作用 A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.(多選)指南針是我國古代四大發(fā)明之一。關(guān)于指南針,下列說法正確的是(　　) A.指南針可以僅具有一個(gè)磁極 B.指南針能夠指向南北,說明地球具有磁場 C.指南針的指向會(huì)受到附近鐵塊的干擾 D.在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導(dǎo)線,導(dǎo)線通電時(shí)指南針不偏轉(zhuǎn) 答案　BC　任何磁體均具有兩個(gè)磁極,故A錯(cuò)。指南針之所以能指向南北,是因?yàn)橹改厢樀膬蓚€(gè)磁極受到磁場力的作用,這說明地球具有磁場,故B正確。放在指南針附近的鐵塊被磁化后,反過來會(huì)影響指南針的指向,故C正確。在指南針正上方附近沿指針方向放置的通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場對(duì)其正下方的指

2、南針有磁場力的作用,會(huì)使指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故D錯(cuò)。 2.下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法中正確的是(　　) A.某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是一小段通電導(dǎo)體放在該處時(shí)所受磁場力的方向 B.小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 C.通電導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受磁場力一定大 D.一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用,則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 答案　B　磁場中某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針在此處時(shí)N極所受磁場力的方向或是小磁針靜止時(shí)N極的指向,與通電導(dǎo)體放在該處所受磁場力的方向不同,A錯(cuò),B對(duì)。通電導(dǎo)線在磁場中的受力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和它與磁場的相對(duì)位置都有關(guān)系,C錯(cuò)。一小段通電導(dǎo)線在

3、某處不受磁場力的作用,可能是由于該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,也可能是由于導(dǎo)線平行磁場方向放置,D錯(cuò)。 3.(2019湖北孝感質(zhì)檢)磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示,則(　　) A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,Ba>Bb B.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,Ba

4、。 4.如圖所示,長為2l的直導(dǎo)線折成長度相等、夾角為60°的V形,并置于與其所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以大小為I的電流時(shí),該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(　　) A.0 B.0.5BIl C.BIl D.2BIl 答案　C　通電導(dǎo)線的有效長度為2lsin30°=l,所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl,選C。 5.一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí),從左向右看,線圈L1將(　　) A.不動(dòng) B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.在紙面內(nèi)平動(dòng) 答

5、案　B　根據(jù)“同向電流相吸,異向電流相斥”可知,從左向右看,線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 6.如圖所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心,且垂直于線圈平面,當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后,線圈的運(yùn)動(dòng)情況是(　　) A.線圈向左運(yùn)動(dòng) B.線圈向右運(yùn)動(dòng) C.從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 答案　A　將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵,根據(jù)異名磁極相互吸引知,線圈將向左運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確。也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流,根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引,反向電流相排斥”,可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)。 7.質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)體棒放置于四分之一光滑圓弧軌道上,

6、整個(gè)裝置處于豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,直導(dǎo)體棒中通有恒定電流,平衡時(shí)導(dǎo)體棒與圓心的連線與豎直方向成60°角,其截面圖如圖所示。則下列關(guān)于導(dǎo)體棒中的電流分析正確的是(　　) A.導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向外,大小為3mgBL B.導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向外,大小為3mg3BL C.導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向里,大小為3mgBL D.導(dǎo)體棒中電流垂直紙面向里,大小為3mg3BL 答案　C　導(dǎo)體棒受到豎直向下的重力、斜向上的彈力,要使導(dǎo)體棒平衡,應(yīng)受水平向右的安培力,重力和安培力的合力與彈力大小相等、方向相反,由平衡條件有tan60°=BILmg=3,得導(dǎo)體棒中電流I=3mgBL,再

7、由左手定則可知,導(dǎo)體棒中電流的方向應(yīng)垂直紙面向里,故只有C正確。 8.(多選)有半徑為R的導(dǎo)電圓環(huán)處于某一發(fā)散的磁場中,其環(huán)面的對(duì)稱軸MN沿豎直方向,該磁場中與圓環(huán)相交的磁感線反向延長后交于對(duì)稱軸上的某點(diǎn),且與對(duì)稱軸成θ角,圓環(huán)上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相等,若圓環(huán)上載有如圖所示的恒定電流I,則(　　) A.導(dǎo)電圓環(huán)所受的安培力的方向豎直向下 B.導(dǎo)電圓環(huán)所受的安培力的方向豎直向上 C.導(dǎo)電圓環(huán)所受的安培力的大小為2BIR D.導(dǎo)電圓環(huán)所受的安培力的大小為2πBIRsinθ 答案　BD　將導(dǎo)電圓環(huán)分成很多小的電流元,任取一小段電流元為研究對(duì)象,把磁場分解成水平方向和豎直方向的兩個(gè)

8、分量,結(jié)合對(duì)稱性知所有電流元在豎直方向的分磁場作用下所受的安培力的合力為零,在水平方向的分磁場作用下所受的安培力的合力為F=BIL=2πBIRsinθ,方向?yàn)樨Q直向上,選項(xiàng)B、D正確。 9.(多選)如圖所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直斜面放置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒,當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí),欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,可加一平行于紙面的勻強(qiáng)磁場,當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,下列說法中正確的是(　　) A.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B逐漸增大 B.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B先減小后增大 C.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為mgsinαIL

9、D.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為mgtanαIL 答案　AC　導(dǎo)體棒受重力、支持力和安培力作用而處于平衡狀態(tài),當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,安培力由沿斜面向上轉(zhuǎn)至豎直向上,畫出導(dǎo)體棒受力分析圖如圖所示,可知此過程中安培力逐漸增大,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)逐漸增大,A對(duì),B錯(cuò);當(dāng)外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直斜面向上時(shí)安培力最小,有 sinα=F安minmg,則此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為mgsinαIL,C對(duì);當(dāng)外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度水平向左時(shí)安培力最大,有F安max=mg,則此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為mgIL,D錯(cuò)。 10.(多選)(2

10、018山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)如圖所示,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根水平放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF,導(dǎo)軌上放有一金屬棒MN?，F(xiàn)從t=0時(shí)刻起,在棒中通以由M到N方向的電流且電流與時(shí)間成正比,即I=kt,其中k為常量,金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。下列關(guān)于棒的速度、加速度隨時(shí)間t變化的關(guān)系中,可能正確的是(　　) 答案　BD　考慮到粗糙導(dǎo)軌與金屬棒間存在摩擦力,需要安培力達(dá)到一定數(shù)值,棒才開始運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有BIL-f=ma,即BLkt-f=ma,由關(guān)系式可以看出,A錯(cuò)誤、B正確;由于加速度逐漸增大,速度-時(shí)間圖像中切線的斜率要逐漸增大,C錯(cuò)誤,D正確。 11.(多選)如圖所示,

11、有一根質(zhì)量為m、長度為d的通有垂直紙面向里的電流I的導(dǎo)體棒,被長度為L的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛在天花板上,在此空間加上豎直向下的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=3mg3Id,若保持導(dǎo)體棒中的電流I始終不變,則　(　　) A.細(xì)線偏離豎直方向的夾角最大為30° B.細(xì)線偏離豎直方向的夾角最大為60° C.在導(dǎo)體棒擺動(dòng)過程中細(xì)線上的拉力最大為2(3-1)mg D.在導(dǎo)體棒擺動(dòng)過程中細(xì)線上的拉力最大為(12+3)mg6 答案　BC　導(dǎo)體棒經(jīng)過平衡位置時(shí)(類比重力場)速度最大,細(xì)線與豎直方向的夾角設(shè)為θ,則有BId=mgtanθ,解得θ=30°,根據(jù)對(duì)稱性可知細(xì)線與豎直方向的夾角最大為2θ

12、=60°,選項(xiàng)A錯(cuò),B對(duì);類比重力場可知,導(dǎo)體棒經(jīng)過平衡位置時(shí)細(xì)線上的拉力最大,設(shè)為Fm,重力和安培力的合力為F=mgcosθ,經(jīng)過平衡位置時(shí)導(dǎo)體棒的速度大小設(shè)為v,應(yīng)用動(dòng)能定理有FL(1-cosθ)=12mv2,由牛頓第二定律有Fm-F=mv2L,解得Fm=2(3-1)mg,選項(xiàng)C對(duì),D錯(cuò)。 B組　能力提升 12.(多選)(2017課標(biāo)Ⅱ,21,6分)某同學(xué)自制的簡易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對(duì)邊的中間位置引出,并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈

13、能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,該同學(xué)應(yīng)將(　　) A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉 B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 答案　AD　本題考查安培力、電路,考查學(xué)生的推理能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。要使線圈在磁場中開始轉(zhuǎn)動(dòng),則線圈中必有電流通過,電路必須接通,故左右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都必須刮掉;但如果上側(cè)的絕緣漆也都刮掉,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°時(shí),靠近磁極的導(dǎo)線與開始時(shí)靠近磁極的導(dǎo)線中的電流方向相反,受到的安培力相反,線圈向原來的反方向轉(zhuǎn)動(dòng),線圈最終做往返運(yùn)動(dòng),要使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°時(shí),線

14、圈中不能有電流通過,依靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置再接通電路即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),故左、右轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆不能都刮掉,故選項(xiàng)A、D正確。 13.(多選)如圖是 “電磁炮”模型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平金屬導(dǎo)軌M、N的間距L=0.2m,電阻不計(jì),在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=100T。裝有彈體的導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌M、N上的最左端,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)體棒ab(含彈體)的質(zhì)量m=0.2kg,在導(dǎo)軌M、N間部分的電阻R=0.8Ω,可控電源的內(nèi)阻r=0.2Ω。在某次模擬發(fā)射時(shí),可控電源為導(dǎo)體棒ab提供的電流恒為I=4×103A,不計(jì)空氣阻力,導(dǎo)體棒ab由靜止加速到4km/s后發(fā)射彈體,

15、則　(　　) A.導(dǎo)體棒ab所受安培力大小為1.6×105N B.光滑水平導(dǎo)軌的長度至少為20m C.該過程系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱為3.2×106J D.該過程系統(tǒng)消耗的總能量為1.76×106J 答案　BD　導(dǎo)體棒ab所受安培力大小為F=BIL=8×104N,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;導(dǎo)體棒ab由靜止加速到4km/s,由動(dòng)能定理知Fx=12mv2,則水平導(dǎo)軌長度至少為x=mv22F=20m,選項(xiàng)B正確;導(dǎo)體棒ab做勻加速運(yùn)動(dòng),由F=ma、v=at,解得該過程需要的時(shí)間t=0.01s,則該過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2(R+r)t=1.6×105J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;該過程導(dǎo)體棒ab(含彈體)增加的動(dòng)能E

16、k=12mv2=1.6×106J,系統(tǒng)消耗的總能量E=Ek+Q=1.76×106J,選項(xiàng)D正確。 14.(2019山西運(yùn)城質(zhì)檢)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。用絕緣輕質(zhì)絲線把底邊長為L、電阻為R、質(zhì)量為m的“”形線框固定在力敏傳感器的掛鉤上,并用輕質(zhì)導(dǎo)線連接線框與電源,電源內(nèi)阻不計(jì),電壓可調(diào),導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)。當(dāng)外界拉力F作用于力敏傳感器的掛鉤上時(shí),力敏傳感器會(huì)顯示拉力的大小F。當(dāng)線框接入恒定電壓為E1的電源時(shí),力敏傳感器顯示拉力的大小為F1;當(dāng)線框接入恒定電壓為E2的電源時(shí),力敏傳感器顯示拉力的大小為F2。下列說法正確的是(　　) A.當(dāng)線框接入恒定電壓為E1的電源時(shí)

17、,其所受安培力為F1 B.當(dāng)線框接入恒定電壓為E2的電源時(shí),力敏傳感器顯示的拉力大小為線框所受安培力與重力之差 C.待測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為(F1-F2)R(E2-E1)L D.待測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為(F1-F2)R(E1-E2)L 答案　D　當(dāng)線框接入電壓恒定的電源時(shí),力敏傳感器顯示的拉力大小等于線框所受安培力與重力之和,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;當(dāng)線框接入恒定電壓為E1的電源時(shí),力敏傳感器顯示的拉力大小為F1=BLE1R+mg,同理,當(dāng)線框接入恒定電壓為E2的電源時(shí),力敏傳感器顯示的拉力大小為F2=BLE2R+mg,聯(lián)立以上兩式解得B=(F1-F2)R(E1-E2)L,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。 9