浙江專版2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章磁場第1講磁場及其對電流的作用考點突破練含解析

PAGE8-第1講磁場及其對電流的作用考點1電流四周的磁場(c)【典例1】在城市建設(shè)施工中,常常須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弱、方向的儀器進行以下操作:①用測量儀在金屬管線旁邊的水平地面上找到磁場最強的某點,記為a;②在a點旁邊的地面上,找到與a點磁感應(yīng)強度相同的若干點,將這些點連成直線EF;③在地面上過a點垂直于EF的直線上,找到磁場方向與地面夾角為45°的b、c兩點,測得b、c兩點距離為L,由此可確定金屬管線()A.平行于EF,深度為L2 B.平行于EF,深度為C.垂直于EF,深度為L2 D.垂直于EF,深度為【解析】選A。依據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場特點:距離電流越近,產(chǎn)生的磁場強度越大,則a點距離管線最近,EF上的點均是距離管線最近的點,管線在EF的正下方,與EF平行;依據(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L21.(2024·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兩點位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)。則 ()A.b點的磁感應(yīng)強度為零B.ef導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對里C.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右D.同時變更兩導(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。依據(jù)安培定則可知b處的兩處分磁場方向均為垂直紙面對外,所以b點的磁感應(yīng)強度不為零,選項A錯誤;ef在a處的磁場方向垂直紙面對外,所以選項B錯誤;依據(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C錯誤,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Ⅰ和Ⅱ,線圈Ⅰ固定,線圈Ⅱ置于天平托盤上。當兩線圈均無電流通過時,天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是 ()A.當天平示數(shù)為負時,兩線圈電流方向相同B.當天平示數(shù)為正時,兩線圈電流方向相同C.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力D.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力【解析】選A。裝置的構(gòu)造模型為兩個線圈和一個杠桿,當線圈中通有同向電流時相互吸引,通有異向電流時相互排斥,故當天平示數(shù)為負數(shù)時表示相互吸引,所以為同向電流,A正確,B錯誤;依據(jù)作用力與反作用力可知,線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力等于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力,C錯;相互作用力作用在兩個物體上,D錯。3.(多選)(2024·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,依據(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)線旁邊的磁場方向相反,則由左手定則可以推斷平行于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,故不行能靜止,選項A、B錯誤;a、b的電流方向相反時,在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場方向相同,平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反,用對稱性也可以推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。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)線四周的磁感線環(huán)繞的方向。(2)對于環(huán)形電流的磁場:用右手握住通電的環(huán)形導(dǎo)線(或通電螺線管),彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一樣,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。考點2安培力的作用(d)【典例2】(2024·全國卷Ⅰ)如圖,等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強度方向垂直,線框頂點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.2F B.1.5F C.0.5F D.0【解題思路】解答本題應(yīng)留意以下幾點:【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1.(2024·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。依據(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,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θ,整個裝置處于沿豎直方向的勻強磁場中。金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置,當金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時,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。依據(jù)左手定則可知磁場方向豎直向上。1.安培力的大小:計算安培力常用公式F=BIL,應(yīng)用時要滿意:(1)B與L垂直。(2)L是有效長度,即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度。例如,彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度,相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端。因為隨意形態(tài)的閉合線圈,其有效長度為零,所以閉合線圈通電后在勻強磁場中,受到的安培力的矢量和為零。2.解決安培力作用下導(dǎo)體運動問題的一般思路:(1)選取通電導(dǎo)體為探討對象。(2)畫出垂直于導(dǎo)體棒的平面示意圖。(3)受力分析,特殊要畫準安培力的方向。(4)依據(jù)平衡條件、牛頓其次定律或動能定理列出方程。(5)求解得出結(jié)論?！炯庸逃?xùn)練】如圖甲所示,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.當電流沿順時針方向時,線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里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對外C.當電流沿逆時針方向時,線圈所受安培力的方向平行于紙面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對外【解析】選B。將圓形線圈看作由多數(shù)小段直導(dǎo)線組成,由左手定則可以推斷,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對外,選項B正確、A錯誤;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對里,選項C、D錯誤?！举Y源平臺】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)細金屬棒MN的中點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)有勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面對外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標尺上的讀數(shù),MN的長度大于ab。當MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時,MN與矩形區(qū)域的cd邊重合;當MN中有電流通過時,指針示數(shù)可表示電流大小。(1)當電流表示數(shù)為零時,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=2.0N/m,ab=0.20m,cb=0.050m,B=0.20T,此電流表的量程是多少?(不計通電時電流產(chǎn)生的磁場的作用)(4)若將量程擴大2倍,磁感應(yīng)強度應(yīng)變?yōu)槎啻?【規(guī)范解答】(1)設(shè)當電流表示數(shù)為零時,彈簧的伸長量為Δx,則有mg=kΔx ①由①式得:Δx=mg(2)為使電流表正常工作,作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必需