2022屆高三物理精準(zhǔn)提升專練16 磁場 安培力

1、專練專練16 磁場 安培力?？碱}型?？碱}型1.應(yīng)用1.應(yīng)用 磁場的性質(zhì) 例1(2021全國甲卷16)兩足夠長直導(dǎo)線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內(nèi)，EO與OQ在一條直線上，PO與OF在一條直線上，兩導(dǎo)線相互絕緣，通有相等的電流I，電流方向如圖所示。若一根無限長直導(dǎo)線通過電流I時，所產(chǎn)生的磁場在距離導(dǎo)線d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則圖中與導(dǎo)線距離均為d的M、N兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為()AB、0 B0、2B C2B、2B DB、B【解析】兩直角導(dǎo)線可以等效為如圖所示的兩直導(dǎo)線，由安培定則可知，兩直導(dǎo)線分別在M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向為垂直紙面向里、垂直紙面向外，故M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零；兩直導(dǎo)線

2、在N處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均垂直紙面向里，故M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B；綜上分析B正確?！敬鸢浮緽2.應(yīng)用2.應(yīng)用 通電導(dǎo)線在磁場中的受力 例2(2021廣東卷5)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導(dǎo)線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導(dǎo)線，若中心直導(dǎo)線通入電流I1，四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2，I1 I2，電流方向如圖所示，下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是()【解析】因I1 I2，則可不考慮四個邊上的直導(dǎo)線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導(dǎo)線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側(cè)的直導(dǎo)線I2要受到I1吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的

3、直導(dǎo)線I2要受到I1排斥的安培力，形成凸形，故變形后的形狀如圖C?！敬鸢浮緾 對點(diǎn)速練對點(diǎn)速練1如圖，光滑斜面上放置一根通有恒定電流的導(dǎo)體棒，空間有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場B，導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將勻強(qiáng)磁場的方向沿圖示方向緩慢旋轉(zhuǎn)到水平方向，為了使導(dǎo)體棒始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)同步()A增大 B減小C先增大，后減小 D先減小，后增大【答案】A【解析】對導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析如圖，當(dāng)磁場方向緩慢旋轉(zhuǎn)到水平方向，安培力方向緩慢從圖示位置轉(zhuǎn)到豎直向上，因為初始時刻安培力沿斜面向上，與支持力方向垂直，最小，所以安培力一直變大，而安培力F安BIL，所以磁場一直增大，B、C、D錯誤，A正確。2

4、如圖所示，水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方電子的初速度方向與電流I的方向相同，均平行于紙面水平向左。下列四幅圖是描述電子運(yùn)動軌跡的示意圖，正確的是()【答案】A【解析】由安培定則可知，在直導(dǎo)線的下方的磁場的方向為垂直紙面向外，根據(jù)左手定則可以得知電子受到的力向下，電子向下偏轉(zhuǎn)；通電直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場是以直導(dǎo)線為中心向四周發(fā)散的，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，由半徑公式r可知，電子的運(yùn)動的軌跡半徑越來越大，故A正確。3(多選)如圖所示，兩根相互絕緣的長直導(dǎo)線分別沿x軸和y軸放置，當(dāng)x軸上的導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I0時，其在A（a，b）點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0。當(dāng)y軸

5、上的導(dǎo)線也通電流后，A（a，b）點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小變?yōu)?B0。已知通電長直導(dǎo)線在其周圍激發(fā)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bkeq f(I,r)，其中k為常量，I為導(dǎo)線中電流的大小，r為場中某點(diǎn)到導(dǎo)線的垂直距離，則沿y軸放置的導(dǎo)線中所通電流的大小可能是（）A B C D【答案】AD【解析】x軸上的導(dǎo)線中的電流在A點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，若兩導(dǎo)線在A點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向相同，則有，聯(lián)立解得；若兩導(dǎo)線在A點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向相反，則有，聯(lián)立解得，故A、D項正確，B、C錯誤。4如圖所示，E、F、G、M、N是在紙面內(nèi)圓上的五個點(diǎn)，其中EG、MN的連線均過圓心O點(diǎn)，EFMN，在M、N兩點(diǎn)處垂直于紙面放置兩根相互平行的

6、長直細(xì)導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線中分別通有大小相等的電流，已知通電直導(dǎo)線形成的磁場在空間某點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bkeq f(I,r)，k為常量，r為該點(diǎn)到導(dǎo)線的距離，I為導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度。則下列說法中正確的是()A若兩根導(dǎo)線中電流同向，則O點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零B若兩根導(dǎo)線中電流同向，則E、F兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同C若兩根導(dǎo)線中電流反向，則E、G兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同D無論兩根導(dǎo)線中電流同向還是反向，E、F、G三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不相等【答案】C【解析】若兩根導(dǎo)線中電流均向內(nèi)，由安培定則可知，它們在O點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度恰好等大、反向，故O點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，同理可知，E、F兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖甲所示，故E、F兩點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度大小相等，方向不同，故AB錯誤；設(shè)M中電流向內(nèi)、N中電流向外，分別在E、G的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖乙所示，可知E、G兩點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，故C正確；若M、N中電流均向內(nèi)，分別在E、G的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖丙所示，可知E、G兩點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向不同，以此類推，可知無論兩根導(dǎo)線中電流同向還是反向，E、F、G三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都相等，故D錯誤。5(多選)如圖所示，兩根通電直導(dǎo)線用四根長度相等的絕緣細(xì)線懸掛于O、O兩點(diǎn)，已知OO連線水平，導(dǎo)線靜止時絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角均為，保持導(dǎo)線中的電流大小和方向不變，在導(dǎo)線所在空間加上勻強(qiáng)磁場后，絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角均變小，則所加磁場的方向可能沿()A

8、z軸正向 Bz軸負(fù)向 Cy軸正向 Dy軸負(fù)向【答案】AB【解析】由于兩條導(dǎo)線相互排斥，電流方向相反。因?qū)Ь€電流方向不確定，若磁場方向沿z軸正向或負(fù)向，導(dǎo)線受磁場力沿水平方向，細(xì)線與水平方向夾角可能減小，故A、B正確；若磁場方向沿y軸正向或負(fù)向，由于兩根導(dǎo)線電流異向，安培力一個向上、一個向下，它們的角度一個增大、一個減小，故C、D錯誤。6如圖所示，兩根長直導(dǎo)線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中，O為M、N連線中點(diǎn)，連線上a、b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱。導(dǎo)線均通有大小相等、方向向上的電流。已知長直導(dǎo)線在周圍某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bkeq f(I,r)，式中k是常數(shù)、I是導(dǎo)線中電流、r為點(diǎn)到導(dǎo)線

9、的距離。一帶正電的小球以初速度v0從a點(diǎn)出發(fā)沿連線運(yùn)動到b點(diǎn)。關(guān)于上述過程，下列說法正確的是()A小球先做加速運(yùn)動后做減速運(yùn)動B小球做變加速直線運(yùn)動C小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大D小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃蟆敬鸢浮緿【解析】根據(jù)安培定則可知，從a點(diǎn)出發(fā)沿連線運(yùn)動到b點(diǎn)，直線MO處的磁場方向垂直于MN向里，直線ON處的磁場方向垂直于MN向外，合磁場大小先減小，過O點(diǎn)后反向增大，根據(jù)左手定則可知，帶正電的小球受到的洛倫茲力方向先向上，大小在減小，過O點(diǎn)后洛倫茲力的方向向下，大小在增大，由此可知，小球在速度方向上不受力的作用，則將做勻速直線運(yùn)動，而小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃?，故D正確。7(多選)全球

10、性“超導(dǎo)熱”的興起，使超導(dǎo)電磁船的制造成為可能。如圖是電磁船的簡化原理圖，MN和CD是與電源相連的兩個電極，MN與CD之間部分區(qū)域有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場（磁場由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生，其獨(dú)立電路部分未畫出），兩電極之間的海水會受到安培力的作用，船體就在海水的反作用力推動下向前駛動，下列說法正確的是()A要使船前進(jìn)，圖中MN導(dǎo)體棒應(yīng)接直流電源的正極B改變電極的正負(fù)或磁場方向，可控制船前進(jìn)或后退C增大電極間的電流，可增大船航行的速度D增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可減小船體的推動力【答案】BC【解析】當(dāng)MN接直流電源的正極時，海水中電流方向由MN指向CD，根據(jù)左手定則，海水受到的安培力指向船頭方向，根據(jù)牛頓第

11、三定律可知，船體受到海水指向船尾方向的作用力，故使船體向后運(yùn)動，A錯誤；改變電極的正負(fù)或磁場方向，可改變安培力的方向，可控制船前進(jìn)或后退，B正確；增大電極間的電流，根據(jù)安培力公式，增大了安培力（動力），由牛頓第二定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，C正確；增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，由安培力公式FBIL可知，可增大船體的推動力，D錯誤。8如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根豎直放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF，導(dǎo)軌上放一金屬棒MN?，F(xiàn)從t0時刻起，給金屬棒通以圖示方向的電流且電流強(qiáng)度與時間成正比，即Ikt，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)于金屬棒的速度v、加速度a

12、隨時間t變化的關(guān)系圖象，可能正確的是() 【答案】D【解析】從t0時刻起，金屬棒通以電流Ikt，由左手定則可知，安培力方向垂直紙面向里，使其緊壓導(dǎo)軌，導(dǎo)致金屬棒在運(yùn)動過程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在減小，當(dāng)滑動摩擦力小于重力時速度與加速度方向相同，所以金屬棒做加速度減小的加速運(yùn)動當(dāng)滑動摩擦力等于重力時，加速度為零，此時速度達(dá)到最大當(dāng)安培力繼續(xù)增大時導(dǎo)致加速度方向豎直向上，則出現(xiàn)加速度與速度方向相反，因此做加速度增大的減速運(yùn)動vt圖象的斜率絕對值表示加速度的大小，故選項A、B均錯誤；對金屬棒MN，由牛頓第二定律得mgFNma，而FNBILBktL，即mgBktLma，因此ageq f(k

13、BL,m)t，顯然加速度a與時間t成線性關(guān)系，故選項C錯誤，D正確。9(多選)電流天平可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。如圖甲所示，測量前天平已調(diào)至平衡，測量時，在左邊托盤中放入質(zhì)量為m的砝碼，右邊托盤中不放砝碼，將一個質(zhì)量為m0、匝數(shù)為n、下邊長為l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。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，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)可變電阻至R1時，天平正好平衡，此時電壓表讀數(shù)為U。已知m0m，取重力加速度為g，則()A矩形線圈中電流的方向為逆時針方向B矩形線圈的電阻C勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小D

14、若僅將磁場反向，在左盤中再添加質(zhì)量為2m0m的砝碼可使天平重新平衡【答案】AC【解析】對矩形線圈受力分析可知所受安培力向上，再由左手定則可知矩形線圈中電流的方向為逆時針方向，故A正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律可得，解得，故B錯誤；根據(jù)平衡條件可得m0g-F=mg，而F=nBIl，解得，故C正確；開始線圈所受安培力的方向向上，僅將磁場反向，則安培力方向反向，變?yōu)樨Q直向下，相當(dāng)于右邊多了兩倍的安培力大小，所以需要在左邊加砝碼，添加質(zhì)量的砝碼可使天平重新平衡，故D錯誤。10如圖所示，半徑為R的四分之一光滑圓弧金屬導(dǎo)軌寬為L，全部處在豎直面內(nèi)的輻向磁場區(qū)域中，磁場方向和軌道曲面垂直，軌道處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。在圓弧最高點(diǎn)A處，有一質(zhì)量為m的金屬導(dǎo)體棒ab通過金屬導(dǎo)軌和電路相連通。電源電動勢E及內(nèi)阻r，電阻R1、R2，電容器的電容C、重力加速度g均為已知，金屬軌道水平部分無磁場且與導(dǎo)體棒的動摩擦因數(shù)為。當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間將導(dǎo)體棒由A點(diǎn)靜止釋放，運(yùn)動中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不考慮導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢以及導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻。求：(1)電容器上的電荷量；(2)金屬棒運(yùn)動到圓弧上D點(diǎn)處(切線水平)時對軌道的壓力；