浙江專版2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章磁場第1講磁場及其對(duì)電流的作用考點(diǎn)突破練含解析

1、第1講 磁場及其對(duì)電流的作用考點(diǎn)1電流周圍的磁場(c)【典例1】在城市建設(shè)施工中,經(jīng)常需要確定地下金屬管線的位置,如圖所示,有一種探測方法是,首先給金屬長直管線上通上電流,再用可以測量磁場強(qiáng)弱、方向的儀器進(jìn)行以下操作:用測量儀在金屬管線附近的水平地面上找到磁場最強(qiáng)的某點(diǎn),記為a;在a點(diǎn)附近的地面上,找到與a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的若干點(diǎn),將這些點(diǎn)連成直線ef;在地面上過a點(diǎn)垂直于ef的直線上,找到磁場方向與地面夾角為45的b、c兩點(diǎn),測得b、c兩點(diǎn)距離為l,由此可確定金屬管線()a. 平行于ef,深度為l2b. 平行于ef,深度為lc. 垂直于ef,深度為l2d. 垂直于ef,深度為l【解析】選a。

2、根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場特點(diǎn):距離電流越近,產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度越大,則a點(diǎn)距離管線最近,ef上的點(diǎn)均是距離管線最近的點(diǎn),管線在ef的正下方,與ef平行;根據(jù)安培定則作出管線產(chǎn)生磁場的橫截面圖示:則由幾何關(guān)系可以確定a到管線的距離為l2,故a正確,b、c、d錯(cuò)誤。故選a。1.(2017浙江4月選考真題)如圖所示,兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置,通以方向相反大小相等的電流,a、b兩點(diǎn)位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)。則()a.b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零b.ef導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里c.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右d.同時(shí)改變兩導(dǎo)線的電流方向,cd導(dǎo)線受到的安培力方向不變【解析】選d。根據(jù)安培定則可知b處

3、的兩處分磁場方向均為垂直紙面向外,所以b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,選項(xiàng)a錯(cuò)誤;ef在a處的磁場方向垂直紙面向外,所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤;根據(jù)反向電流相斥規(guī)律可知,cd導(dǎo)線受到的安培力方向向左,故選項(xiàng)c錯(cuò)誤,d正確。2.電流天平是一種測量磁場力的裝置,如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈和,線圈固定,線圈置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時(shí),天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是()a.當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí),兩線圈電流方向相同b.當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí),兩線圈電流方向相同c.線圈對(duì)線圈的作用力大于線圈對(duì)線圈的作用力d.線圈對(duì)線圈的作用力與托盤對(duì)線圈的作用力是一對(duì)相互作用力【解析】選a。裝置的構(gòu)造模型為兩個(gè)線圈和一個(gè)杠桿,

4、當(dāng)線圈中通有同向電流時(shí)互相吸引,通有異向電流時(shí)互相排斥,故當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)表示互相吸引,所以為同向電流,a正確,b錯(cuò)誤;根據(jù)作用力與反作用力可知,線圈對(duì)線圈的作用力等于線圈對(duì)線圈的作用力,c錯(cuò);相互作用力作用在兩個(gè)物體上,d錯(cuò)。3.(多選)(2019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(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間,通有順時(shí)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c.a的向左,b的向右d.a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(shí),根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場及其分布和

5、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(xiàng)a、b錯(cuò)誤;a、b的電流方向相反時(shí),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(duì)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(xiàng)c、d正確。1.電流的磁場:通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流2.安培定則:(1)對(duì)于直線電流的磁場:右手握住通電導(dǎo)線,伸直的大拇指指向電流方向,那么彎曲的四指的方向就是導(dǎo)線周圍的磁感線環(huán)繞的方向。(2)對(duì)于環(huán)形電流的磁場:用右手握住通電的環(huán)形導(dǎo)線(或

6、通電螺線管),彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,那么大拇指的指向就是環(huán)形導(dǎo)線軸心上(或通電螺線管內(nèi)部)的磁感線的方向?？键c(diǎn)2安培力的作用(d)【典例2】(2019全國卷)如圖,等邊三角形線框lmn由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,線框頂點(diǎn)m、n與直流電源兩端相接,已知導(dǎo)體棒mn受到的安培力大小為f,則線框lmn受到的安培力的大小為()a.2fb.1.5fc.0.5fd.0【解題思路】解答本題應(yīng)注意以下幾點(diǎn):【解析】選b。設(shè)導(dǎo)體棒mn中的電流為i,則導(dǎo)體棒ml、ln中的電流為i2,導(dǎo)體棒mn受到的安培力大小f=ilb、方向豎直向上。ml、ln兩導(dǎo)體棒受到安

7、培力的合力大小為i2lb=0.5f,方向豎直向上。線框lmn受到的安培力的大小為f+0.5f=1.5f,方向豎直向上。1.(2019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(qiáng)磁場,磁場方向豎直向下。當(dāng)銅線通有順時(shí)針方向電流時(shí),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(duì)稱性,由力的合成可知銅線所受安培力的方向向前,選項(xiàng)a正確,b、c、d錯(cuò)誤。2.如圖所示,兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置,導(dǎo)軌所在平面與水平面間的夾角為,整個(gè)裝置處于沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場中。金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置,當(dāng)金屬桿ab中通有從a到b的

8、恒定電流i時(shí),金屬桿ab剛好靜止。則()a.磁場方向豎直向上b.磁場方向豎直向下c.金屬桿ab受平行導(dǎo)軌向上的安培力d.金屬桿ab受水平向左的安培力【解析】選a。金屬桿靜止,則受力平衡,由于磁場方向沿豎直方向,則安培力必沿水平方向、導(dǎo)軌對(duì)金屬桿必有支持力,只有安培力的方向水平向右,金屬桿ab才可能靜止。根據(jù)左手定則可知磁場方向豎直向上。1.安培力的大小:計(jì)算安培力常用公式f=bil,應(yīng)用時(shí)要滿足:(1)b與l垂直。(2)l是有效長度,即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度。例如,彎曲導(dǎo)線的有效長度l等于兩端點(diǎn)所連直線的長度,相應(yīng)的電流方向沿l由始端流向末端。因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈,其有效長度為零,所以閉合

9、線圈通電后在勻強(qiáng)磁場中,受到的安培力的矢量和為零。2.解決安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)問題的一般思路:(1)選取通電導(dǎo)體為研究對(duì)象。(2)畫出垂直于導(dǎo)體棒的平面示意圖。(3)受力分析,特別要畫準(zhǔn)安培力的方向。(4)根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律或動(dòng)能定理列出方程。(5)求解得出結(jié)論。【加固訓(xùn)練】如圖甲所示,揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場中,當(dāng)音頻電流信號(hào)通過線圈時(shí),線圈帶動(dòng)紙盆振動(dòng),發(fā)出聲音。俯視圖乙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,在圖乙中()a.當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí),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(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外c.當(dāng)電流沿

10、逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向平行于紙面d.當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外【解析】選b。將圓形線圈看作由無數(shù)小段直導(dǎo)線組成,由左手定則可以判斷,當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外,選項(xiàng)b正確、a錯(cuò)誤;當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí),線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里,選項(xiàng)c、d錯(cuò)誤?！举Y源平臺(tái)】備選角度:安培力在磁電式儀表中的應(yīng)用【典例】如圖所示為一電流表的原理示意圖。質(zhì)量為m的勻質(zhì)細(xì)金屬棒mn的中點(diǎn)處通過一掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連,絕緣彈簧勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,方向垂直紙面向外。與mn的右端n連接的一絕緣

11、輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù),mn的長度大于ab。當(dāng)mn中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時(shí),mn與矩形區(qū)域的cd邊重合;當(dāng)mn中有電流通過時(shí),指針示數(shù)可表示電流大小。(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧伸長多少?(重力加速度為g)(2)若要電流表正常工作,mn的哪一端應(yīng)與電源正極相接?(3)若k=2.0 n/m,ab=0.20 m,cb=0.050 m,b=0.20 t,此電流表的量程是多少?(不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場的作用)(4)若將量程擴(kuò)大2倍,磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻?【規(guī)范解答】(1)設(shè)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧的伸長量為x,則有mg=kx由式得:x=mgk(2)為使電流表正常工作,作用于通有電流的金屬棒mn的安