2017高中物理(人教版)高三備考-強化訓(xùn)練24--磁場--安培力--通導(dǎo)在磁場中的運動(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上強化訓(xùn)練24 磁場 安培力和通導(dǎo)在磁場中的運動 17備考熱身教輔系列山東平原一中 魏德田 本套強化訓(xùn)練搜集近年來各地高中物理高考真題、模擬題及其它極有備考價值的習題等篩選而成，。其目的在于通過訓(xùn)練使考生知道磁感應(yīng)強度、磁感線、安培力等概念，能熟練地運用安培定則、左手定則，分別判斷磁感線、安培力的方向，深刻理解安培力的計算公式及其物理意義，并能熟練地用它進行安培力、安培力矩等有關(guān)問題的分析和計算.若能將此類知識與高科技領(lǐng)域得實際聯(lián)系在一起，則可以激發(fā)我們學習的熱情和提高我們解決物理問題的能力。全卷20余題，總計120分，可選習題廣泛，且有較好效益，其中選做題為學有余力者

2、而設(shè)。一、破解依據(jù)若解決“磁強”和“磁場力的方向”等問題，可參考以下幾條依據(jù)：磁感應(yīng)強度大?。阂豢创鸥芯€的“疏密”；二用公式和等計算。方向：跟磁感線的切線、或小磁針N極的“方向一致”； 疊加：與場強矢量的疊加十分相似。幾種常見的磁場磁感線：磁極附近磁感線密集；疏密成都表示該處磁場的強弱。磁感線的方向：直線電流、環(huán)形電流或通電螺線管的磁場，可用安培定則一、安培定則二。勻強磁場：磁感線均勻分布（彼此平行且距離相等）、或磁感應(yīng)強度處處相同的磁場。如異名磁極（很近）、長通電螺線管中間區(qū)域的磁場等。磁通量：=BS 其中:磁通量(Wb)，B:勻強磁場的磁感強度(T)，S:正對面積(m2)?！按磐ā钡梅较蚺c

3、該處磁感應(yīng)強度方向一致?；蛘?，亦即磁感應(yīng)強度大小等于單位正對面積的磁通量，也稱磁通密度。安培力：判斷F的方向，用左手定則。若B、I、F“兩兩垂直”，則B正向穿入手掌；I、F分別與四指、大指同向。若B、I任一量變化方向，則F方向隨之改變?；蛘逨的方向總垂直于B、I所決定的平面。若B與I不垂直，則正交分解B(或I)，再取B與I的垂直分量，作為“兩兩垂直”對待。注： F一定垂直于I、B，而后兩者則不一定垂直。若I、B任一量反向，F(xiàn)則反向。欲求安培力F的大?。河霉紽=BILsin（或F=BIL），間接用力學規(guī)律等。關(guān)于“通導(dǎo)”的三種運動狀態(tài)：“平衡”（詳見前文）、“加速運動”和“轉(zhuǎn)動”等，宜分別用“

4、平衡條件”、“牛頓定律和運動方程”、“曲線運動規(guī)律”和 “力矩知識”等處理。如“通電導(dǎo)體”（以下稱“通導(dǎo)”）的安培力、機械力、靜電力等合力為零，其處于平衡狀態(tài)；合力不為零，可改變其運動狀態(tài)。亦可使通電導(dǎo)體如線圈等發(fā)生形變。機械力、安培力的“合力”共同決定“通導(dǎo)”的運動軌跡、加（或減）速；若僅有安培力做正功，則“通導(dǎo)”機械能增加；而電源電（勢）能的減少，等于直流電路 “內(nèi)能增加”與“通導(dǎo)”機械能的增加之和。當涉及功率時，亦可作類似處理。而功量、沖量的計算以及動能、動量等變化問題，則分別用動量定理、動能定理等解決。二、精選習題選擇題（每小題5分，共50分）1.（16北京）中國宋代科學家沈括在夢溪筆

5、談中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”進一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖-1結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是()圖-1A地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用2.（17全國）如圖-2，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反，下列說法正確的是()圖-2AL1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直BL3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平

6、面垂直CL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11DL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為13.（17江蘇）如圖-3所示，兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r 和2r.圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為()圖-3A11 B12 C14 D414.（17全國）某同學自制的簡易電動機示意圖如圖-4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，該同學應(yīng)將()圖-4A左、右轉(zhuǎn)軸下

7、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5. （14西工大附中）三條在同一平面（紙面）內(nèi)的長直絕緣導(dǎo)線組成一等邊三角形，在導(dǎo)線中通過的電流均為I，方向如圖-5所示。a、b和c三點分別位于三角形的三個頂角的平分線上，且到相應(yīng)頂點的距離相等。將a、b和c處的磁感應(yīng)強度大小分別記為B1、B2和B3，下列說法正確的是（ ）AB1=B2<B3BB1=B2=B3Ca處磁場方向垂直于紙面向里，b和c處磁場方向垂直于紙面向里Da處磁場方向垂直于紙面向外，b和c處磁場方向垂直于紙面向里圖-56.

8、 （15江蘇）如圖-6所示，用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度，下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長NM相等，將它們分別掛在天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)，若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是圖-67. （14·豫東聯(lián)考）安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動，關(guān)于該環(huán)形電流的說法，正確的是()A電流為，電流的方向為順時針B電流為，電流的方向為順時針C電流為，電流的方向為逆時針D電流為，電流的方向為逆時針8（17全國）如圖-7，在磁感應(yīng)強度大小為的

9、勻強磁場中，兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流時，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為的a點處的磁感應(yīng)強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則點處磁感應(yīng)強度的大小為圖-7A0BC D9. （16海南）如圖-8（a）所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當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-8（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-8（b）中圖-8A當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當電流沿逆時針方向時

10、，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里D當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外10. （14浙江）如圖-9所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒從t0時刻起，棒上有如圖2所示的持續(xù)交變電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向為電流正方向則金屬棒()圖-9A一直向右移動 B速度隨時間周期性變化C受到的安培力隨時間周期性變化 D受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功填空題（共22分）11.（16上海）（5分）形象描述磁場分布的曲線叫做_,通常_的大小也叫做磁通量密度。12.（16全國）（5分）某同學用

11、圖-10中所給器材進行與安培力有關(guān)的實驗兩根金屬導(dǎo)軌ab和a1b1固定在同一水平面內(nèi)且相互平行，足夠大的電磁鐵(未畫出)的N極位于兩導(dǎo)軌的正上方，S極位于兩導(dǎo)軌的正下方，一金屬棒置于導(dǎo)軌上且與兩導(dǎo)軌垂直圖-10 (1)在圖中畫出連線，完成實驗電路要求滑動變阻器以限流方式接入電路，且在開關(guān)閉合后，金屬棒沿箭頭所示的方向移動(2)為使金屬棒在離開導(dǎo)軌時具有更大的速度，有人提出以下建議：A適當增加兩導(dǎo)軌間的距離B換一根更長的金屬棒C適當增大金屬棒中的電流其中正確的是_(填入正確選項前的標號)13. (15新課標I)(12分) 如圖-11，一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強

12、磁場中；磁場的磁感應(yīng)強度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣，金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連，電路總電阻為2。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3cm，重力加速度大小取10m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向_,并求出金屬棒的質(zhì)量_kg。圖-11 計算題（共48分）14.（16上海）（14分）如圖-12，一關(guān)于y軸對稱的導(dǎo)體軌道位于水平面內(nèi)，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場與平面垂直。一足夠長，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒沿x軸方向置于軌道上，在外力F作用下從原點由靜止開始沿y軸正方

13、向做加速度為a的勻速加速直線運動，運動時棒與x軸始終平行。棒單位長度的電阻，與電阻不計的軌道接觸良好，運動中產(chǎn)生的熱功率隨棒位置的變化規(guī)律為P=ky（SI）。求：（1）導(dǎo)體軌道的軌道方程y=f（x）；（2）棒在運動過程中受到的安培力Fm隨y的變化關(guān)系；（3）棒從y=0運動到y(tǒng)=L過程中外力F的功。圖-1215. （15重慶）（15分）音圈電機是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動機.題圖-13是某音圈電機的原理示意圖，它由一對正對的磁極和一個正方形剛性線圈構(gòu)成，線圈邊長為，匝數(shù)為，磁極正對區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度方向垂直于線圈平面豎直向下，大小為，區(qū)域外的磁場忽略不計.線圈左邊始終在磁場外，右邊始終

14、在磁場內(nèi)，前后兩邊在磁場內(nèi)的長度始終相等.某時刻線圈中電流從P流向，大小為（）求此時線圈所受安培力的大小和方向。（）若此時線圈水平向右運動的速度大小為，求安培力的功率圖-13 16. （17天津）（19分）電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新武器和航天運載器。電磁軌道炮示意如圖，圖-14中直流電源電動勢為E，電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，電阻不計。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止狀態(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開關(guān)S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強度大小為

15、B的勻強磁場（圖中未畫出），MN開始向右加速運動。當MN上的感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時，回路中電流為零，MN達到最大速度，之后離開導(dǎo)軌。問：（1）磁場的方向；（2）MN剛開始運動時加速度a的大??；（3）MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。圖-14 (四)選做題17. （14新課標）關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強磁場中所受的安培力，下列說法正確的是()A安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B安培力的方向總是垂直于磁場的方向C安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)D將直導(dǎo)線從中點折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵囊话?8.（14江蘇）如圖-15所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈

16、之間，線圈中電流為I，線圈間產(chǎn)生勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小B與I成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面，此時通過霍爾元件的電流為IH，與其前后表面相連的電壓表測出的霍爾電壓UH滿足：UHk，式中k為霍爾系數(shù)，d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離電阻R遠大于RL，霍爾元件的電阻可以忽略，則()圖-15A霍爾元件前表面的電勢低于后表面B若電的正負極對調(diào)，電壓表將反偏CIH與I成正比D電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比19. （14襄陽五中）實驗室經(jīng)常使用的電流表是磁電式儀表。這種電流表的構(gòu)造如圖-16甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻向分布的。當線圈通以如圖-16乙所示的穩(wěn)恒電流（b端電流流向垂直紙面向內(nèi)

17、），下列說法正確的是（ ） 圖-16A當線圈在如圖乙所示的位置時，b端受到的安培力方向向上B線圈轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉(zhuǎn)動C線圈的框架選擇鋁質(zhì)材料，不僅考慮鋁的密度小、強度高，更主要的是因為鋁框轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生渦流，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，這樣有利于指針很快地穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上D由于這種儀表是一種比較精密、容易損壞的儀器，所以在搬動運輸這種電流表過程中，應(yīng)該用導(dǎo)線將圖中兩接線柱直接連接，這樣可以有效的減小線圈產(chǎn)生的擺動，以防止電表受損20（14重慶） (16分)某電子天平原理如題圖-17所示，E形磁鐵的兩側(cè)為N極，中心為S極，兩極間的磁感應(yīng)強度大小均為B，磁極寬度均為L，忽略邊緣效應(yīng)，一正方形線圈

18、套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接，當質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運動(骨架與磁極不接觸)，隨后外電路對線圈供電，秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，由此時對應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量，已知線圈匝數(shù)為n，線圈電阻為R，重力加速度為g.問圖-17(1)線圈向下運動過程中，線圈中感應(yīng)電流是從C端還是從D端流出？(2)供電電流I是從C端還是D端流入？求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系(3)若線圈消耗的最大功率為P，該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少？三、參考答案選擇題【答案】C【解析】根據(jù)“則能指南，然常微偏東，不全南也”知，選項A正確由圖可知地磁

19、場的南極在地理北極附近，選項B正確由圖可知在兩極附近地磁場與地面不平行，選項C不正確由圖可知赤道附近的地磁場與地面平行，射向地面的帶電宇宙粒子運動方向與磁場方向垂直，會受到洛倫茲力的作用，選項D正確【答案】BC【解析】由題意知，三根導(dǎo)線處于等邊三角形的三個頂點處，設(shè)某導(dǎo)線在等邊三角形另外兩頂點產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強度大小為B0，在L1所在處，L2和L3產(chǎn)生的磁場疊加如圖甲所示，方向垂直L2、L3所在平面向上，由左手定則可得安培力的方向平行L2、L3所在平面向下，合磁感應(yīng)強度大小BL12B0cos 60°B0；同理可得在L2所在處的合磁感應(yīng)強度大小BL22B0cos 60°B0；

20、在L3所在處，L1和L2產(chǎn)生的磁場疊加如圖乙所示，方向平行L1、L2所在平面向右，由左手定則可得安培力的方向垂直L1、L2所在平面向上，合磁感應(yīng)強度大小BL32B0cos 30°B0.由安培力FBIL可得L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11，選項B、C正確【答案】A【解析】穿過a和b兩線圈的磁感線的條數(shù)相同，所以選項A正確【答案】AD【解析】若將左、右轉(zhuǎn)軸上、下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，線圈的上、下兩邊受安培力而使線圈轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過周后上、下兩邊受到的安培力使線圈速度減小至零，然后反向轉(zhuǎn)回來，最終做擺動，B錯誤；若將左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，且右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉，電路不能接

21、通，C錯誤；若將左轉(zhuǎn)軸下側(cè)或上、下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，且右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉，線圈的上、下兩邊受安培力而使線圈轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過半周后電路不能接通，線圈能繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過一周后上、下兩邊再次受到同樣的安培力而使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動，A、D正確【答案】A 【解析】A、B、由題意可知，a點的磁感應(yīng)強度等于三條通電導(dǎo)線在此處疊加而成，即垂直紙面向外，而b點與a點有相同的情況，有兩根相互抵消，則由第三根產(chǎn)生磁場，即為垂直紙面向外，而c點三根導(dǎo)線產(chǎn)生磁場方向相同，所以疊加而成的磁場最強，故A正確，B錯誤；C、D、由圖可知，根據(jù)右手螺旋定則可得，a和b處磁場方向垂直于紙面向外，c處磁場方向垂直于紙面向里，故C、D

22、錯誤；故選：A【答案】A【答案】C【解析】電流I，方向與電子運動的方向相反，即沿逆時針方向，選項C正確【答案】C【解析】當P和Q中電流方向均垂直紙面向里時，由于aPPQaQl，P和Q在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相同，方向如圖甲所示，其合磁感應(yīng)強度為B1，由幾何關(guān)系知B12BPcos 30°BP，由題可知，a點處磁感應(yīng)強度為零，則B0和B1等大反向，則可得B0B1BP，且B0方向平行于PQ向左當P中電流反向后，如圖乙所示，P、Q在a點產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強度為B2，由幾何關(guān)系知B2BPB0，且B2方向垂直于PQ向上可得a點處的磁感應(yīng)強度大小為BB0，C正確【答案】BC【解析】將環(huán)形導(dǎo)線分割成無

23、限個小段，每段成直線，依據(jù)左手定則，可知安培力垂直紙面向外，A錯，B對；當電流逆時針時，安培力向里，C對，D錯。【答案】ABC【解析】本題考查安培力、左手定則、牛頓運動定律、功等知識在0，導(dǎo)體棒受到向右的安培力，大小恒為B ImL，向右做勻加速直線運動；在T，導(dǎo)體棒受到安培力向右，大小仍為BImL，而此時速度仍然還是向左，做勻減速直線運動，之后不斷重復(fù)該運動過程故選項A、B、C正確；安培力在一個周期內(nèi)做功為0，選項D錯誤填空題【答案】磁感線；磁感應(yīng)強度【解析】為了形象的描述磁場而假想出來的曲線，曲線上任意一點的切線方向均表示該位置的磁場方向，這樣的曲線稱為磁感線；磁場的強弱大小用磁感應(yīng)強度表示

24、，在磁通量中有：，所以磁感應(yīng)強度也稱為刺痛密度。【答案】(1)連線如圖所示(2)AC【解析】 (1)限流式接法要求滑動變阻器接線時只能連接“一上一下”兩個接線柱；磁鐵N極位于上方，說明磁感線向下；開關(guān)閉合后，金屬棒往右運動，說明棒受到向右的安培力；由左手定則可知，電流應(yīng)垂直紙面向外(ab指向a1b1)；所以應(yīng)按“電源正極開關(guān)滑動變阻器下接線柱滑動變阻器上接線柱電流表aba1b1電源負極”的順序連接回路(2)由動能定理BIL·smv20可知，要增大金屬棒離開導(dǎo)軌時的速度v，可以增大磁感應(yīng)強度B、增大電流I、增大兩導(dǎo)軌間的距離L或增大導(dǎo)軌的長度s；但兩導(dǎo)軌間的距離不變而只是換一根更長的金

25、屬棒后，等效長度L并不會發(fā)生改變，但金屬棒的質(zhì)量增大，故金屬棒離開導(dǎo)軌時的速度v減小【答案】（1）閉合開關(guān)后，金屬棒所受安培力的方向為豎直向下;金屬棒的質(zhì)量m=0.01kg【解析】依題意，開關(guān)閉合后，電流方向由b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。開關(guān)斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長為l1=0.5cm,由胡克定律和力的平衡條件得：2kl1=mg 式中m為金屬棒的質(zhì)量，k為彈簧的勁度系數(shù)，g為重力加速度的大小。開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為：F=BIL 式中I是回路電流，L是金屬棒的長度。 兩彈簧各自伸長了i2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡條件得：2k(l1+l2)=mg+F 由歐姆定律有：E=IR 式中E是電池的電動勢，R是電路總電阻。聯(lián)立式，并代入題給的數(shù)據(jù)得：m=0.01kg計算題【答案】（1） （2） （3）【解析】（1）設(shè)棒運動到某一位置時與軌道接觸點的坐標為（±）,安培力的功率棒做勻加速