高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 微專題64 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用加練半小時(shí)（含解析）試題

磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用[方法點(diǎn)撥](1)判斷安培力的方向時(shí)，充分利用F安⊥B、F安⊥I.(2)受力分析時(shí)，要注意將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖.1.(2018·河北省承德市聯(lián)校聯(lián)考)如圖1所示，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒ab兩端由等長輕質(zhì)軟導(dǎo)線水平懸掛，平衡時(shí)兩導(dǎo)線與水平面的夾角均為θ(θ＜90°).緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置以改變通過棒中的電流I，則下列四幅圖象中，能正確反映θ與I的變化規(guī)律的是()圖12.(多選)(2018·四川省成都市模擬)如圖2所示，紙面內(nèi)AB兩點(diǎn)之間連接有四段導(dǎo)線：ACB、ADB、AEB、AFB，四段導(dǎo)線的粗細(xì)相同、材料相同；勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向內(nèi)，現(xiàn)給AB兩端加上恒定電壓，則下列說法正確的是()圖2A.四段導(dǎo)線受到的安培力的方向相同B.四段導(dǎo)線受到的安培力的大小相等C.ADB段受到的安培力最大D.AEB段受到的安培力最小3.如圖3所示，一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd，bc邊長為L，線框的下半部分處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線框平面垂直(在圖中垂直于紙面向里)，線框中通以電流I，方向如圖所示，開始時(shí)線框處于平衡狀態(tài).令磁場(chǎng)反向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B，線框達(dá)到新的平衡，則在此過程中線框位移的大小Δx及方向是()圖3A.Δx＝eq\f(2nBIL,k)，方向向上B.Δx＝eq\f(2nBIL,k)，方向向下C.Δx＝eq\f(nBIL,k)，方向向上D.Δx＝eq\f(nBIL,k)，方向向下4.如圖4所示，長為L，質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)體棒a被水平放置在傾角為45°的光滑斜面上，無限長直導(dǎo)線b被水平固定在與a同一水平面的另一位置，且a、b平行，它們之間的距離為x，當(dāng)a、b中均通以電流為I的同向電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止.已知無限長直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)為一系列的同心圓，周圍某點(diǎn)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)到導(dǎo)線的距離成反比.則下列說法正確的是()圖4A.a、b中電流必垂直紙面向里B.b中的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為eq\f(\r(2)mg,2IL)C.若將b適當(dāng)上移以增大x，則導(dǎo)體棒仍可能靜止D.無論將b上移還是下移，導(dǎo)體棒都可能處于靜止?fàn)顟B(tài)5.(2018·廣東省東莞市模擬)如圖5所示，A、B、C是等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，O是A、B連線的中點(diǎn).以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(gè)點(diǎn)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、方向向里的電流.則過C點(diǎn)的通電直導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)?)圖5A.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6.(2018·四川省遂寧市一診)如圖6所示，絕緣水平桌面上放置一長直導(dǎo)線a，導(dǎo)線a的正上方某處放置另一長直導(dǎo)線b，兩導(dǎo)線中均通以垂直紙面向里的恒定電流.現(xiàn)將導(dǎo)線b向右平移一小段距離，若導(dǎo)線a始終保持靜止，則()圖6A.導(dǎo)線b受到的安培力方向始終豎直向下B.導(dǎo)線a對(duì)桌面的壓力減小C.導(dǎo)線b受到的安培力減小D.導(dǎo)線a受到桌面水平向右的摩擦力7.(多選)如圖7所示，在平面直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)分布著非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，沿y軸方向磁場(chǎng)分布是不變的，沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B與x滿足關(guān)系式B＝kx，其中k是一恒定的正數(shù)，由粗細(xì)均勻的同種規(guī)格導(dǎo)線制成的正方形線框ADCB邊長為a，A處有一極小開口AE，整個(gè)線框放在磁場(chǎng)中，且AD邊與y軸平行，AD邊與y軸距離為a，線框A、E兩點(diǎn)與一電源相連，穩(wěn)定時(shí)流入線框的電流為I，關(guān)于線框受到的安培力情況，下列說法正確的是()圖7A.整個(gè)線框受到的合力方向與BD連線垂直B.整個(gè)線框沿y軸方向所受合力為0C.整個(gè)線框在x軸方向所受合力為ka2I，沿x軸正向D.整個(gè)線框在x軸方向所受合力為eq\f(3,4)ka2I，沿x軸正向8.(多選)如圖8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的水平光滑長導(dǎo)軌上，電流方向由M指向N，在兩軌間存在著豎直磁場(chǎng)，取垂直紙面向里的方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的正方向，當(dāng)t＝0時(shí)導(dǎo)線恰好靜止，若B按如圖乙所示的余弦規(guī)律變化，下列說法正確的是()圖8A.在最初的一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)B.在最初的一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線一直向左運(yùn)動(dòng)C.在最初的半個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線的加速度先增大后減小D.在最初的半個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線的速度先增大后減小9.(多選)電磁軌道炮工作原理如圖9所示.待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可在彈體處形成垂直于軌道面的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成反比.通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出.現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的方法是()圖9A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B.只將電流I增加至原來的2倍C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變10.如圖10所示，兩根傾斜直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，它們所構(gòu)成的導(dǎo)軌平面與水平面之間的夾角θ＝37°，兩導(dǎo)軌之間的距離L＝0.50m.一根質(zhì)量m＝0.20kg的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好，整套裝置處于與ab桿垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.在導(dǎo)軌的上端接有電動(dòng)勢(shì)E＝36V、內(nèi)阻r＝1.6Ω的直流電源和電阻箱R.已知導(dǎo)軌與金屬桿的電阻均可忽略不計(jì)，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g取10m/s2.圖10(1)若金屬桿ab和導(dǎo)軌之間的摩擦可忽略不計(jì)，當(dāng)電阻箱接入電路中的電阻R1＝2.0Ω時(shí)，金屬桿ab靜止在導(dǎo)軌上.①如果磁場(chǎng)方向豎直向下，求滿足條件的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。虎谌绻艌?chǎng)的方向可以隨意調(diào)整，求滿足條件的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及方向.(2)如果金屬桿ab和導(dǎo)軌之間的摩擦不可忽略，整套裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面斜向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.40T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電阻箱接入電路中的電阻R2＝3.4Ω時(shí)，金屬桿ab仍保持靜止，求此時(shí)金屬桿ab受到的摩擦力Ff大小及方向.

答案精析1.A[金屬棒受到重力、沿導(dǎo)線方向的拉力和水平方向的安培力，三個(gè)力的合力為零，根據(jù)平衡條件有tanθ＝eq\f(mg,BIL)，eq\f(1,tanθ)＝eq\f(BL,mg)I，故A正確.]2.AC[導(dǎo)線的粗細(xì)相同、材料相同，由電阻定律R＝eq\f(ρL,S)可知：導(dǎo)線越長，電阻越大，由I＝eq\f(U,R)可知：ACB導(dǎo)線中電流最小，而ADB導(dǎo)線中電流最大，四段導(dǎo)線的有效長度都相同，由F＝BIL可知，ADB段導(dǎo)線受到的安培力最大，而ACB段導(dǎo)線受到的安培力最小，由左手定則可知，四段導(dǎo)線受到的安培力的方向均相同，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤.]3.B[線框在磁場(chǎng)中受到重力、安培力和彈簧彈力處于平衡狀態(tài)，安培力為FA＝nBIL，且開始時(shí)方向向上，改變磁場(chǎng)方向后方向向下，大小不變.設(shè)在磁場(chǎng)反向之前彈簧的伸長量為x，則反向之后彈簧的伸長量為x＋Δx，由平衡條件知kx＋nBIL＝mg及k(x＋Δx)＝nBIL＋mg，聯(lián)立解得Δx＝eq\f(2nBIL,k)，且線框向下移動(dòng)，B對(duì).]4.C[因a恰能在斜面上保持靜止，其受力如圖甲所示，而由平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用可知，電流同向時(shí)導(dǎo)線相互吸引，電流反向時(shí)導(dǎo)線相互排斥，故A錯(cuò)；由圖甲知tan45°＝eq\f(mg,BIL)，即B＝eq\f(mg,IL)，B錯(cuò)；無論b是上移還是下移，b中的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均減小，上移時(shí)其重力mg、安培力BIL、斜面支持力F滿足圖乙所示關(guān)系，支持力逐漸減小，安培力減小，但兩個(gè)力的合力仍可能等于重力，即a仍可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，C對(duì)；當(dāng)b下移時(shí)，安培力在減小，而支持力方向不變，則a所受合力不可能為零，即a不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，D錯(cuò).]5.B[由安培定則可得：A、B處的通電導(dǎo)線在C處的合磁場(chǎng)水平向右，O處的通電導(dǎo)線在C處的磁場(chǎng)也是水平向右，故A、B、O處的三條通電導(dǎo)線在C處的合磁場(chǎng)方向水平向右.再由左手定則可得：C點(diǎn)的通電直導(dǎo)線所受安培力的方向豎直向下，沿著y軸的負(fù)方向，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.]6.C[因?yàn)閷?dǎo)線a、b均處在對(duì)方產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，故兩導(dǎo)線都會(huì)受到安培力作用，由“同向電流相互吸引，反向電流相互排斥”可知，導(dǎo)線b未移動(dòng)前，受到的安培力方向豎直向下，當(dāng)導(dǎo)線b向右平移一小段距離后，受到的安培力指向?qū)Ь€a，不是豎直向下，故A錯(cuò)誤；由于導(dǎo)線a、b之間的距離增大，導(dǎo)線中的電流不變，故導(dǎo)線之間的相互作用力減小，故C正確；導(dǎo)線b向右平移后，導(dǎo)線a的受力情況如圖所示，由于導(dǎo)線a始終靜止，所以FN＝G－Fsinθ，因?yàn)榘才嗔p小，θ減小，所以桌面對(duì)導(dǎo)線a的支持力增大，由牛頓第三定律可知，導(dǎo)線a對(duì)桌面的壓力增大，故B錯(cuò)誤；由圖可知，桌面對(duì)導(dǎo)線a的靜摩擦力方向向左，故D錯(cuò)誤.]7.BC[由于沿y軸方向磁場(chǎng)分布是不變的，故而整個(gè)線框沿y軸方向所受合力為0，B正確；沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B與x滿足關(guān)系式B＝kx，AD邊受到的向左的安培力小于BC邊受到的向右的安培力，故而整個(gè)線框受到的合力方向沿x軸正向，A錯(cuò)誤；整個(gè)線框在x軸方向所受合力為k(a＋a)Ia－(ka)Ia＝ka2I，C正確，D錯(cuò)誤.]8.AD[當(dāng)t＝0時(shí)，由左手定則可知，MN受到向右的安培力，根據(jù)F安＝BLI，由于B最大，故此時(shí)的安培力最大，則MN的加速度最大，隨著時(shí)間的延長，磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小，故加速度減小，而MN的速度在增大，當(dāng)B＝0時(shí)，加速度為0，速度最大，當(dāng)B反向時(shí)，安培力也會(huì)反向，則加速度也反向，MN做減速運(yùn)動(dòng)，到半個(gè)周期時(shí)，MN速度減小到0，此時(shí)的加速度反向最大，然后MN再反向運(yùn)動(dòng)，到一個(gè)周期時(shí)MN又回到原出發(fā)的位置，故在最初的一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；在最初的半個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)線的加速度先減小后反向增大，而其速度則是先增大后減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.]9.BD[設(shè)發(fā)射速度為v時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為I，彈體的質(zhì)量為m，軌道長度為L，兩軌道間距離為a，當(dāng)速度為2v時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為I′，彈體的質(zhì)量為m′，軌道長度為L′，依題意有，B＝kI，F(xiàn)＝BIa＝kI2a，由動(dòng)能定理得，F(xiàn)L＝eq\f(1,2)mv2，即kI2aL＝eq\f(1,2)mv2，同理有kI′2aL′＝eq\f(1,2)m′·4v2，兩式相比可得eq\f(I2Lm′,I′2L′m)＝eq\f(1,4)，四個(gè)選項(xiàng)中只有B、D兩個(gè)選項(xiàng)使前式成立，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B、D正確.]10.(1)①0.30T②0.24T垂直于導(dǎo)軌平面斜向下(2)0.24N沿導(dǎo)軌平面向下解析(1)①設(shè)通過金屬桿ab的電流為I1，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知I1＝eq\f(E,R1＋r)，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B1，由安培定則可知，金屬桿ab所受安培力沿水平方向，金屬桿ab受力如圖甲所示.對(duì)金屬桿ab，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有B1I1L＝mgtanθ，解得B1＝eq\f(mgtanθ,I1L)＝0.30T.②根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可知，最小的安培力方向應(yīng)沿導(dǎo)軌平面向上，金屬桿a