2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)40 磁場的描述 磁場對電流的作用（含解析）

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1、作業(yè)40　磁場的描述 磁場對電流的作用 8 一、選擇題 圖40－1 1．電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如圖40－1所示，某時刻電流方向如圖所示．則環(huán)心O處的磁場方向(　　) A．向下 B．向上 C．垂直紙面向里 D．垂直紙面向外 解析：對于左右兩個螺線管，由安培定則可以判斷出上方均為磁場北極，下方均為磁場南極，所以環(huán)心O處的磁場方向向下，即A正確． 答案：A 2．(2019年鄭州模擬)一條形磁鐵放在光滑的斜面上，并用一質(zhì)量不計的彈簧連接在頂端的擋板上，磁 圖40－2 鐵靜止時彈簧的伸長量為x0，將通有方向垂直紙面向外的直導(dǎo)線分別放在a、b、c位置時，彈簧的伸

2、長量分別為xa、xb、xc，已知a、b、c三點的連線與斜面平行，且b點在條形磁鐵的正中央．則下列正確的是(　　) A．x0＝xa＝xb＝xc B．x0＞xa＞xb＞xc C．xa＞x0＝xb＞xc D．xa＞xb＞xc＞x0 圖40－3 解析：由于條形磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)到S極，所以可畫出磁鐵在a處的一條磁感線，其方向是斜向左下方的，如圖40－3所示，由左手定則可判斷導(dǎo)線在a點受斜向右下方的安培力Fa，由牛頓第三定律可知磁鐵所受作用力Fa′的方向是斜向左上方，F(xiàn)a′有沿斜面向下的分力，該分力使得彈簧彈力增大，所以彈簧的伸長量增大；同理可知導(dǎo)線在b點時彈簧的伸長量不變；同理可

3、知導(dǎo)線在c點時彈簧的伸長量減小，則xa>x0＝xb>xc，C正確． 答案：C 圖40－4 3．(2018屆武漢模擬)如圖40－4所示，“”表示電流方向垂直紙面向里，“⊙”表示電流方向垂直紙面向外．兩根通電長直導(dǎo)線a、b平行且水平放置，a、b中的電流強(qiáng)度分別為I和2I，此時a受到的安培力大小為F.當(dāng)在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導(dǎo)線c后，a受到的磁場力大小仍為F，圖中a、b、c三者間距相等，此時b受到的安培力大小為(　　) A．F B.F C．2F D.F 解析：由右手定則可知，b在a處產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，設(shè)為B1，由左手定則可

4、知，a受到的安培力F1(F1＝F)的方向為水平向左，如圖40－5所示， 圖40－5 由牛頓第三定律可知，b受到的安培力大小也為F，方向水平向右．放入c后，c在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2方向垂直于a、c的連線斜向上，對a的安培力F2方向指向c，因為a受到的合安培力大小為F，且F1與F2的夾角為120°，所以F1＝F2＝F.c在a和b處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，因此b受到的安培力為2F，方向由c指向b；b受到的兩個安培力之間的夾角為60°，由余弦定理得b受到的合安培力大小為Fb＝＝F，D正確． 答案：D 圖40－6 4．(2019年山東臨汾市二模)如圖40－6所示，無限長水

5、平直導(dǎo)線中通有向右的恒定電流I，導(dǎo)線正上方沿豎直方向有一用絕緣細(xì)線懸掛著的正方形線框．線框中通有沿逆時針方向的恒定電流I，線框的邊長為L，線框下邊與直導(dǎo)線平行，且到直導(dǎo)線的距離也為L.已知在長直導(dǎo)線的磁場中距長直導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝k(k為常量)，線框的質(zhì)量為m，則剪斷細(xì)線的瞬間，線框的加速度為(　　) A．0 B.＋g C.－g D.＋g 解析：線框下邊受到的安培力的大小為F1＝kIL＝kI2，方向向下．線框上邊受到的安培力大小F2＝·IL＝kI2，方向向上．根據(jù)牛頓第二定律可得，F(xiàn)1＋mg－F2＝ma，解得：a＝＋g，D正確． 答案：D

6、 圖40－7 5．(2019年四川成都一診)如圖40－7所示為水平放置的兩根等高固定長直導(dǎo)線的截面圖，O點是兩導(dǎo)線間距離的中點，a、b是過O點的豎直線上與O點距離相等的兩點，兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的恒定電流．下列說法正確的是(　　) A．兩導(dǎo)線之間存在相互吸引的安培力 B．O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 C．O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向下 D．a(chǎn)、b兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反 解析：同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，A錯誤；兩個電流在O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都是豎直向下，不為0，B錯誤，C正確；a、b兩點磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同，D錯誤． 答案：C 圖40－8 6

7、．(2019年天津五校聯(lián)考)如圖40－8所示，A、B、C是等邊三角形的三個頂點，O是A、B連線的中點．以O(shè)為坐標(biāo)原點，A、B連線為x軸，O、C連線為y軸，建立坐標(biāo)系．過A、B、C、O四個點各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等、方向垂直于紙面向里的電流．則過O點的通電直導(dǎo)線所受安培力的方向為(　　) A．沿y軸正方向 B．沿y軸負(fù)方向 C．沿x軸正方向 D．沿x軸負(fù)方向 解析：根據(jù)安培定則，A、B處導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁場方向相反，又因為二者電流大小相同，到O點的距離相等，所以A、B處導(dǎo)線在O點處產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，O點處磁場方向由C處導(dǎo)線決定，沿x軸負(fù)方向

8、，再由左手定則可知，過O點的通電直導(dǎo)線所受安培力的方向沿y軸正方向，A正確． 答案：A 7．(2016年高考·海南卷)(多選)如圖40－9(a)所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當(dāng)音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音．俯視圖40－9(b)表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面即紙面)，磁場方向如圖中箭頭所示．在圖(b)中(　　) 圖40－9 A．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 B．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外 C．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 D．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力

9、的方向垂直于紙面向外 解析：將環(huán)形導(dǎo)線分割成無限個小段，每一小段看成直導(dǎo)線，則根據(jù)左手定則，當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外，故A錯誤，B正確；當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里，故C正確，D錯誤． 答案：BC 8．(多選)如圖40－10甲所示，一個條形磁鐵P固定在水平桌面上，以P的右端點為原點，中軸線為x軸建立一維坐標(biāo)系．一個靈敏的小磁針Q放置在x軸上不同位置，設(shè)Q與x軸之間的夾角為θ.實驗測得sinθ與x之間的關(guān)系如圖40－10乙所示，已知該處地磁場方向水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.下列說法正確的是(　　) 圖40－10 A．P的右

10、端為S極 B．P的中軸線與地磁場方向垂直 C．P在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 D．x0處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0 解析：當(dāng)x趨向無窮大時，小磁針?biāo)傅姆较驗榈卮艌龅姆较?，所以根?jù)題圖可知，x趨向無窮大時，sinθ趨向1，則θ趨向90°，即小磁針的方向與x的方向垂直，所以x的方向為向東．當(dāng)x非常小時，小磁針的N極沿x方向，即向東．由題圖可知，開始時N背離O點，所以O(shè)點處的磁極是N極，故A錯誤；由以上的分析可知，P的中軸線沿東西方向，與地磁場方向垂直，故B正確；由乙圖可知，x0處sinθ＝，則θ＝45°，P在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小BP，tan45°＝，所以BP＝B0，故C正

11、確；x0處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝＝B0，故D錯誤． 答案：BC 9．(多選)通有電流的導(dǎo)線L1、L2、L3、L4處在同一平面(紙面)內(nèi)，放置方式及電流方向如圖40－11甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可繞垂直紙面的中心軸O轉(zhuǎn)動，則下列描述正確的是(　　) 圖40－11 A．L2繞軸O按順時針轉(zhuǎn)動 B．L2繞軸O按逆時針轉(zhuǎn)動 C．L4繞軸O按順時針轉(zhuǎn)動 D．L4繞軸O按逆時針轉(zhuǎn)動 解析：題圖甲中由右手安培定則，可知導(dǎo)線L1上方磁場垂直紙面向外，且離導(dǎo)線L1的距離越近，磁場越強(qiáng)，導(dǎo)線L2上每一小部分受到的安培力方向水平向右，但軸O下方導(dǎo)線所受安培力較大，所以

12、L2繞軸O按逆時針轉(zhuǎn)動，A錯，B對；題圖乙中軸O上方導(dǎo)線L4所受安培力向右，軸O下方導(dǎo)線L4所受安培力向左，即L4繞軸O按順時針轉(zhuǎn)動，C對，D錯． 答案：BC 10．(多選)如圖40－12甲所示，電流恒定的通電直導(dǎo)線MN，垂直平放在兩條相互平行且足夠長的水平光滑導(dǎo)軌上，電流方向由M指向N，在兩導(dǎo)軌間存在著豎直磁場，取垂直紙面向里的方向為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，當(dāng)t＝0時導(dǎo)線恰好靜止，若磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖40－10乙所示的規(guī)律變化，則下列說法正確的是(　　) 圖40－12 A．在最初的一個周期內(nèi)，導(dǎo)線在導(dǎo)軌上做往復(fù)運動 B．在最初的一個周期內(nèi)，導(dǎo)線一直向左運動 C．導(dǎo)線一直做加速度不

13、變的勻加速直線運動 D．在最初的半個周期內(nèi)，導(dǎo)線的速度先增大后減小 解析：由安培力的表達(dá)式F＝BIL結(jié)合題圖乙可知，安培力F在一個周期內(nèi)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化而變化，在前周期內(nèi)，安培力F大小方向均不變，加速度大小方向均不變，由于初速度為零，所以導(dǎo)線在水平方向上向右做勻加速直線運動；在周期到周期內(nèi)，磁場方向改變，安培力方向改變，加速度方向改變，速度減小，至周期時速度減小到零，所以D項正確；而后在周期到周期內(nèi)，導(dǎo)線MN反向加速，在一個周期結(jié)束時又回到原來的位置，即做往復(fù)運動，所以A項正確，B、C錯誤． 答案：AD 11．(多選)光滑平行導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端通過開關(guān)S與內(nèi)阻不計、電動勢為E的

14、電源相連，右端與半徑為L＝20 cm的兩段光滑圓弧導(dǎo)軌相接，一根質(zhì)量m＝60 g、電阻R＝1 Ω、長為L的導(dǎo)體棒ab，用長也為L的絕緣細(xì)線懸掛，如圖40－13所示，系統(tǒng)空間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，當(dāng)閉合開關(guān)S后，導(dǎo)體棒沿圓弧擺動，擺到最大高度時，細(xì)線與豎直方向成θ＝53°角，擺動過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且細(xì)線處于張緊狀態(tài)，導(dǎo)軌電阻不計，sin53°＝0.8，g＝10 m/s2，則 (　　) 圖40－13 A．磁場方向一定豎直向下 B．電源電動勢E＝3.0 V C．導(dǎo)體棒在擺動過程中所受安培力F＝3 N D．導(dǎo)體棒在擺動過程中電源提供的電能為0.048

15、 J 解析：導(dǎo)體棒向右沿圓弧擺動，說明受到向右的安培力，由左手定則知該磁場方向一定豎直向下，A對；導(dǎo)體棒擺動過程中只有安培力和重力做功，由動能定理知BIL·Lsinθ－mgL(1－cosθ)＝0，代入數(shù)值得導(dǎo)體棒中的電流為I＝3 A，由E＝IR得電源電動勢E＝3.0 V，B對；由F＝BIL得導(dǎo)體棒在擺動過程中所受安培力F＝0.3 N，C錯；由能量守恒定律知電源提供的電能W等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q和導(dǎo)體棒重力勢能的增加量ΔE的和，即W＝Q＋ΔE，而ΔE＝mgL(1－cosθ)＝0.048 J，D錯． 答案：AB 12．(2017年高考·課標(biāo)全國卷Ⅱ)(多選)某同學(xué)自制的簡易電動機(jī)示意圖如圖

16、40－14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邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸．將線圈架在兩個金屬支架之間，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能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來，該同學(xué)應(yīng)將(　　) 圖40－14 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 解析：如果將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉，則線圈在安培力作用下轉(zhuǎn)動起來，每轉(zhuǎn)一周安培力驅(qū)動一次，可保證線圈不斷地轉(zhuǎn)動，A項正確；如果左、右

17、轉(zhuǎn)軸上下側(cè)的絕緣漆均刮掉，不能保證線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動下去，B項錯誤；如果僅左轉(zhuǎn)軸的上側(cè)絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸的下側(cè)絕緣漆刮掉，則線圈中不可能有電流，因此線圈不可能轉(zhuǎn)動，C項錯誤；如果左轉(zhuǎn)軸上下側(cè)的絕緣漆均刮掉，右轉(zhuǎn)軸僅下側(cè)的絕緣漆刮掉效果與A項相同，因此D項正確． 答案：AD 二、非選擇題 13．(2019年陜西渭南教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖40－15所示，電源電動勢為3 V，內(nèi)阻不計，兩個不計電阻的金屬圓環(huán)表面光滑，豎直懸掛在等長的細(xì)線上，金屬環(huán)面平行，相距1 m，兩環(huán)分別與電源正負(fù)極相連．現(xiàn)將一質(zhì)量0.06 kg、電阻1.5 Ω的導(dǎo)體棒輕放在環(huán)上，導(dǎo)體棒與環(huán)有良好電接觸．兩環(huán)之間有方向豎直向上、磁感應(yīng)

18、強(qiáng)度為0.4 T的勻強(qiáng)磁場．當(dāng)開關(guān)閉合后，導(dǎo)體棒上滑到某位置靜止不動，試求在此位置上棒對每一個環(huán)的壓力為多少？若已知環(huán)半徑為0.5 m，此位置與環(huán)底的高度差是多少？ 圖40－15 解析：棒受的安培力F＝BIL， 棒中電流為I＝，代入數(shù)據(jù)解得F＝＝0.8 N， 對棒受力分析如圖40－16所示(從右向左看)，兩環(huán)支持力的總和為2N＝， 圖40－16 代入數(shù)據(jù)解得N＝0.5 N. 由牛頓第三定律知，棒對每一個環(huán)的壓力為0.5 N， 由圖中幾何關(guān)系有tanθ＝＝＝，得θ＝53°， 棒距環(huán)底的高度為 h＝r(1－cosθ)＝0.2 m. 答案：0.5 N　0.2 m 14

19、．如圖40－17所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0 T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一個與水平面成θ＝37°角的導(dǎo)電滑軌，滑軌上放置一個可自由移動的金屬桿ab.已知接在滑軌中的電源電動勢E＝12 V，內(nèi)阻不計．a(chǎn)b桿長L＝0.5 m，質(zhì)量m＝0.2 kg，桿與滑軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計．求：要使ab桿在滑軌上保持靜止，滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變化？(g取10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，可認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 圖40－17 解析：分別畫出ab桿在恰好不下滑和恰好不上滑這兩種情況下的受力分析圖，如圖

20、40－18所示． 當(dāng)ab桿恰好不下滑時，如圖40－18甲所示．由平衡條件得 沿斜面方向mgsinθ＝μFN1＋F安1cosθ 垂直斜面方向FN1＝mgcosθ＋F安1sinθ 而F安1＝BL，解得R1＝5Ω. 當(dāng)ab桿恰好不上滑時，如圖40－18乙所示．由平衡條件得 圖40－18 沿斜面方向mgsinθ＋μFN2＝F安2cosθ 垂直斜面方向FN2＝mgcosθ＋F安2sinθ 而F安2＝BL，解得R2＝3Ω. 所以，要使ab桿保持靜止， R的取值范圍是3Ω≤R≤5Ω. 答案：3Ω≤R≤5Ω 　　　　　　　　　 9