高中物理人教新版自我檢測磁場及其對電流的作用word版含解析

一、選擇題(本題共9小題，每小題6分，共54分，1～7題為單選題，8～9題為多選題)1.(2022·海南高考)如圖，一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面(紙面)上，銅線所在空間有一勻強磁場，磁場方向豎直向下。當(dāng)銅線通有順時針方向電流時，銅線所受安培力的方向 ()A.向前 B.向后 C.向左 D.向右【解析】選A。根據(jù)左手定則和半圓形粗銅線的對稱性，由力的合成可知銅線所受安培力的方向向前，選項A正確，B、C、D錯誤。2.如圖所示，直導(dǎo)線AB、螺線管E、電磁鐵D三者相距較遠，其磁場互不影響，當(dāng)開關(guān)S閉合后，則小磁針北極N(黑色一端)指示磁場方向正確的是 () 【解析】選C。根據(jù)安培定則可判斷出電流的磁場方向，再根據(jù)小磁針靜止時N極的指向為磁場的方向可知C正確。3.如圖所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L=1m。P、M間接有一個電動勢為E=6V、內(nèi)阻不計的電源和一個滑動變阻器，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌接觸良好，棒的質(zhì)量為m=kg，棒的中點用垂直棒的細繩經(jīng)光滑輕質(zhì)定滑輪與物體相連，物體的質(zhì)量M=kg。棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為μ=(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，導(dǎo)軌與棒的電阻不計，g取10m/s2)，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=2T，方向豎直向下，為了使物體保持靜止，滑動變阻器連入電路的阻值不可能的是 ()Ω Ω Ω Ω【解析】選A。對棒受力分析可知，其必受繩的拉力FT=Mg和安培力F安=BIL=BELR。若摩擦力向左，且滿足BELR1+μmg=Mg，代入數(shù)據(jù)解得R1=4Ω；若摩擦力向右，且滿足BELR2-μmg=Mg，代入數(shù)據(jù)解得R2=Ω，所以R的取值范圍為Ω≤R≤44.如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看) ()A.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升【解析】選A。(1)電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元，由于O′O段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO′段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里。綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O′段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視)。(2)特殊位置法把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動。綜上所述，A正確?！究偨Y(jié)提升】判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢的常規(guī)思路5.如圖所示，質(zhì)量m=kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度l=1m的光滑絕緣框架上，磁場方向垂直于框架平面向下(磁場僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動勢E=8V、內(nèi)阻r=1Ω，額定功率為8W、額定電壓為4V的電動機M正常工作。取sin37°=，cos37°=，重力加速度大小g取10m/s2，則磁場的磁感應(yīng)強度大小為 ()T T T T【解析】選C。電動機M正常工作時的電流I1=P1U=2A，電源內(nèi)阻上的電壓U′=E-U=8V-4V=4V，根據(jù)歐姆定律得干路中的電流I=U'r=4A，通過導(dǎo)體棒的電流I2=I-I1=2A，導(dǎo)體棒受力平衡，由BI2l=mgsin37°，得B=6.一通電直導(dǎo)線與x軸平行放置，勻強磁場的方向與xOy坐標平面平行，導(dǎo)線受到的安培力為F。若將該導(dǎo)線做成34圓環(huán)，放置在xOy坐標平面內(nèi)，如圖所示，并保持通電的電流不變，兩端點a、b連線也與x軸平行，則圓環(huán)受到的安培力大小為 () 23π 22【解析】選C。根據(jù)安培力公式，安培力F與導(dǎo)線長度l成正比，若將該導(dǎo)線做成34圓環(huán)，由l=34×2πR，解得圓環(huán)的半徑R=2l3π，34圓環(huán)a、b兩點之間的距離l′=2R=22l3π。由F7.如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O為半圓弧的圓心，∠MOP=60°。在M、N處各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，這時O點的磁感應(yīng)強度大小為B1。若將M處長直導(dǎo)線移至P處，則O點的磁感應(yīng)強度大小為B2，那么B2與B1之比為 ()A.3∶1 B.3∶2 ∶1 ∶2【解析】選B。如圖甲所示，當(dāng)通有電流的長直導(dǎo)線在M、N兩處時，根據(jù)安培定則可知，二者在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小都為B12。當(dāng)將M處長直導(dǎo)線移到P處時，如圖乙所示，兩直導(dǎo)線在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小也為B12，作平行四邊形，由圖中的幾何關(guān)系，可得cos30°=B22B1【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示，兩根平行長直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為l2、l和3l。關(guān)于這三點處的磁感應(yīng)強度，下列判斷正確的是 ()處的磁感應(yīng)強度大小比c處的大、c兩處的磁感應(yīng)強度大小相等、c兩處的磁感應(yīng)強度方向相同處的磁感應(yīng)強度為零【解析】選A、D。對于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場，根據(jù)其產(chǎn)生磁場的特點及安培定則，可知兩導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁場等大反向，合磁感應(yīng)強度為零，B錯誤，D正確；兩導(dǎo)線在a、c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度都是同向疊加的，但方向相反，C錯誤；由于a離導(dǎo)線近，a處的磁感應(yīng)強度比c處的大，A正確。8.(2022·江蘇高考)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長直導(dǎo)線，通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、b的電流方向可能是()A.均向左 B.均向右的向左，b的向右 的向右，b的向左【解析】選C、D。a、b的電流均向左或均向右時，根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場及其分布和疊加可知，在a、b導(dǎo)線附近的磁場方向相反，則由左手定則可以判斷平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相同，線框所受的合力不為0，故不可能靜止，選項A、B錯誤；a、b的電流方向相反時，在a、b導(dǎo)線附近的磁場方向相同，平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反，用對稱性也可以判斷線框的另外兩邊所受的磁場力也大小相等方向相反，故線框處于平衡狀態(tài)，選項C、D正確。【加固訓(xùn)練】如圖所示，用絕緣細線懸掛一個導(dǎo)線框，導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路，導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流，處于靜止狀態(tài)。在半圓弧導(dǎo)線的圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長直導(dǎo)線P。當(dāng)P中通以方向垂直紙面向外的電流時()A.導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動B.導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動C.從上往下看，導(dǎo)線框?qū)㈨槙r針轉(zhuǎn)動D.從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r針轉(zhuǎn)動【解析】選D。當(dāng)直導(dǎo)線P中通以垂直紙面向外的電流時，由安培定則可判斷出，長直導(dǎo)線P產(chǎn)生的磁場方向為逆時針方向，磁感線是以P為圓心的同心圓，半圓弧導(dǎo)線與磁感線平行，不受安培力，由左手定則可判斷出，直導(dǎo)線ab所受的安培力方向垂直紙面向外，cd所受的安培力方向垂直紙面向里，從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r針轉(zhuǎn)動，故D正確。9.(2022·南昌模擬)如圖所示，三條長直導(dǎo)線a、b、c都通以垂直紙面的電流，其中a、b兩根導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向外。O點與a、b、c三條導(dǎo)線距離相等，且Oc⊥ab。現(xiàn)在O點垂直紙面放置一小段通電導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向里，導(dǎo)線受力方向如圖所示。則可以判斷 ()點處的磁感應(yīng)強度的方向與F相同B.長導(dǎo)線c中的電流方向垂直紙面向外C.長導(dǎo)線a中電流I1小于b中電流I2D.長導(dǎo)線c中電流I3小于b中電流I2【解析】選B、C。由左手定則可知，磁感應(yīng)強度方向與安培力方向垂直，故A錯誤；由左手定則可知，O點的磁感應(yīng)強度方向與F垂直斜向右下方，此磁場方向可分解為水平向右和豎直向下，所以導(dǎo)線c在O點產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)水平向右，由右手定則可知，導(dǎo)線c中的電流為垂直紙面向外，導(dǎo)線a在O點產(chǎn)生的磁場方向豎直向上，導(dǎo)線b在O點產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，所以長導(dǎo)線a中電流I1小于b中電流I2，由于不知道安培力的具體方向，所以無法判斷長導(dǎo)線c中電流I3是否小于b中電流I2，故B、C正確，D錯誤。二、計算題(16分，需寫出規(guī)范的解題步驟)10.電流天平可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小。測量前天平已調(diào)至平衡，測量時，在左邊托盤中放入質(zhì)量m1=g的砝碼，右邊托盤中不放砝碼，將一個質(zhì)量m0=g、匝數(shù)n=10、下邊長l=cm的矩形線圈掛在右邊托盤的底部，再將此矩形線圈的下部分放在待測磁場中，如圖甲所示，線圈的兩頭連在如圖乙所示的電路中，不計連接導(dǎo)線對線圈的作用力，電源電動勢E=V，內(nèi)阻r=Ω。開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)可變電阻R1使天平平衡，此時理想電壓表示數(shù)U=V，R1=10Ω。g取10m/s2，求：(1)線圈下邊所受安培力的大小F，以及線圈中電流的方向；(2)矩形線圈的電阻R；(3)該勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小。【解析】(1)天平平衡，因此有m1g=m0g+F，可得F=m1g-m0g=N，F(xiàn)的方向豎直向下，根據(jù)左手定則可判斷出線圈中電流方向為順時針。(2)線圈中電流的大小I=E-Ur=A，根據(jù)電路規(guī)律有U=I(R1(3)矩形線圈下邊所受安培力大小F=nBIl，可得B=FnIl=答案：(1)N順時針(2)4Ω(3)T11.(10分)(多選)(2022·太原模擬)如圖，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，底端接電阻R，輕彈簧上端固定，下端懸掛質(zhì)量為m的金屬棒，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好。除電阻R外，其余電阻不計。導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌所在平面。靜止時金屬棒位于A處，此時彈簧的伸長量為Δl，彈性勢能為Ep。重力加速度大小為g。將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，金屬棒在運動過程中始終保持水平，則 ()A.當(dāng)金屬棒的速度最大時，彈簧的伸長量為ΔlB.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于mgΔl-EpC.金屬棒第一次到達A處時，其加速度方向向下D.金屬棒第一次下降過程通過電阻R的電荷量比第一次上升過程的多【解析】選B、D。金屬棒的速度最大時，合力為零，由平衡條件有mg=kx+F安。金屬棒原來靜止時有mg=kΔl。兩式對比可得x<Δl，即金屬棒的速度最大時，彈簧的伸長量小于Δl。故A錯誤。金屬棒最后靜止在A處，從釋放到金屬棒最后靜止的過程中，其重力勢能減小，轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和彈簧的彈性勢能，則由能量守恒定律可得：電阻R上產(chǎn)生的熱量Q=mgΔl-Ep。故B正確。金屬棒第一次到達A處時，受到重力、彈簧的彈力和安培力，且重力與彈力大小相等、方向相反，安培力方向向上，所以合力等于安培力，方向向上，可知加速度方向向上，故C錯誤。根據(jù)能量守恒定律知，金屬棒第一次下降的高度大于第一次上升的高度，根據(jù)q=ΔΦR12.(20分)“電磁炮”是利用電磁力對彈體加速的新型武器，具有速度快、效率高等優(yōu)點。如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道寬為L=m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=1×102T?！半姶排凇睆楏w總質(zhì)量m=kg，其中彈體在軌道間的電阻R=Ω。可控電源的內(nèi)阻r=Ω，電源的電壓能自行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗發(fā)射時，電源為加速彈體提供的電流是I=4×103A，不計空氣阻力。求：(1)彈體所受安培力大小。(2)彈體從靜止加速到4km/s，軌道至少要多長？(3)彈體從靜止加速到4km/s過程中，該系統(tǒng)消耗的總能量?！窘馕觥?1)在導(dǎo)