2024高考物理一輪復習第九章磁場第1講磁場及其對電流的作用練習含解析新人教版

PAGEPAGE7第1講磁場及其對電流的作用一、單項選擇題：在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．(2024·四川綿陽二診)如圖所示是我國最早期的指南儀器——司南，靜止時它的長柄指向南方，是由于地球表面有地磁場。下列與地磁場有關的說法，正確的是(C)A．地磁場是假想的，客觀上不存在B．地球表面上隨意位置的地磁場方向都與地面平行C．通電導線在地磁場中可能不受安培力作用D．運動電荷在地磁場中受到的洛倫茲力可以對運動電荷做正功[解析]本題考查地磁場。地磁場是客觀存在的，磁感線是人們?yōu)榱颂接懕憷傧氤鰜淼模蔄錯誤；磁場是閉合的曲線，地球磁場從地理南極旁邊發(fā)出，從北極旁邊進入地球，組成閉合曲線，不是地球表面隨意位置的地磁場方向都與地面平行，故B錯誤；當通電導線與地磁場平行放置時，導線不受安培力，故C正確；由于洛倫茲力始終與速度方向垂直，所以運動電荷在地磁場中受到的洛倫茲力不做功，故D錯誤。2．(2024·河南名校協(xié)作體聯(lián)考)如圖甲所示為“海影號”電磁推動試驗艦艇，艦艇下部的大洞使海水前后貫穿。艦艇沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側壁M和N分別連接艦艇內電源的正極和負極，艦艇內超導體在M、N間產生強磁場，使M、N間海水受到磁場力作用被推出，艦艇因此前進。要使圖乙中的艦艇向右前進，則所加磁場的方向應為(C)A．水平向左 B．水平向右C．垂直紙面對外 D．垂直紙面對里[解析]本題考查流體所受安培力的作用與牛頓第三定律。依據題意，M、N分別接電源正、負極，所以有從M到N的電流，要使艦艇向右運動，即受向右的作用力，依據牛頓第三定律可知，海水受向左的安培力，依據左手定則可以推斷出磁場方向垂直紙面對外，所以選項C正確。3．老師在課堂上做了兩個小試驗，讓小明同學印象深刻。第一個試驗叫作“旋轉的液體”，在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極，沿邊緣內壁放一個圓環(huán)形電極，把它們分別與電池的兩極相連，然后在玻璃皿中放入導電液體，例如鹽水，假如把玻璃皿放在磁場中，液體就會旋轉起來，如圖甲所示。其次個試驗叫作“振動的彈簧”，把一根松軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸，通電后，發(fā)覺彈簧不斷上下振動，如圖乙所示。下列關于這兩個趣味試驗的說法正確的是(C)A．圖甲中，假如變更磁場的方向，液體的旋轉方向不變B．圖甲中，假如變更電源的正負極，液體的旋轉方向不變C．圖乙中，假如變更電源的正負極，依舊可以視察到彈簧不斷上下振動D．圖乙中，假如將水銀換成酒精，依舊可以視察到彈簧不斷上下振動[解析]圖甲中，僅僅調換N、S極位置或僅僅調換電源的正負極位置，安培力方向確定變更，液體的旋轉方向要變更，選項A、B均錯誤；圖乙中，當有電流通過彈簧時，構成彈簧的每一圈導線四周都產生了磁場，各圈導線之間都產生了相互的吸引作用，彈簧就縮短了，當彈簧的下端離開水銀后，電路斷開，彈簧中沒有了電流，起先重復上述過程，可以視察到彈簧不斷上下振動；假如變更電源的正負極，依舊可以視察到彈簧不斷上下振動；但是假如將水銀換成酒精，酒精不導電，則彈簧將不再上下振動，選項C正確，D錯誤。4．(2024·河北辛集中學第四次段考)如圖所示，框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則下列有關穿過平面的磁通量的說法中不正確的是(C)A．如圖所示位置時磁通量大小等于BSB．若使框架繞OO′轉過60°角，磁通量大小為eq\f(1,2)BSC．若從初始位置轉過90°角，磁通量大小為BSD．若從初始位置轉過180°角，磁通量變更量的大小為2BS[解析]本題考查對磁通量的理解。線圈與磁場垂直，穿過線圈的磁通量等于磁感應強度與線圈面積的乘積，故圖示位置的磁通量為Φ＝BS，故A正確；使框架繞OO′轉過60°角，則在磁場方向的投影面積變更為eq\f(1,2)S，則磁通量為eq\f(1,2)BS，故B正確；線圈從圖示位置轉過90°的過程中，S垂直磁場方向上的投影面積漸漸減小，故磁通量漸漸減小，當線圈從圖示位置轉過90°時，磁通量為0，故C錯誤；從初始位置轉過180°角，磁通量變更量大小為ΔΦ＝BS－(－BS)＝2BS，故D正確。5．(2024·唐山模擬)將長為L的導線彎成六分之一圓弧，固定于垂直紙面對外、大小為B的勻強磁場中，兩端點A、C連線豎直，如圖所示。若給導線通以由A到C、大小為I的恒定電流，則導線所受安培力的大小和方向是(D)A．ILB，水平向左 B．ILB，水平向右C．eq\f(3ILB,π)，水平向右 D．eq\f(3ILB,π)，水平向左[解析]弧長為L，圓心角為60°，則弦長AC＝eq\f(3L,π)，導線受到的安培力F＝BIl＝eq\f(3ILB,π)，由左手定則可知，導線受到的安培力方向水平向左。6．(2024·山東濰坊一模)如圖所示，導體棒ab用絕緣細線水平懸掛，且通有由a到b的電流，ab的正下方放一圓形線圈，導體棒ab與線圈平面平行，線圈通過導線、開關與直流電源連接。開關閉合的瞬間，導體棒ab將(B)A．向外搖擺B．向里搖擺C．保持靜止，細線上張力變大D．保持靜止，細線上張力變小[解析]當開關閉合時，依據安培定則可以推斷，線圈在通電導線ab處產生的磁場方向豎直向下，再依據左手定則可知，ab棒受到的安培力垂直于紙面對里，故導體棒向里搖擺，B正確。7．如圖所示，兩平行的粗糙金屬導軌水平固定在勻強磁場中，磁感應強度為B，導軌寬度為L，一端與電源連接。一質量為m的金屬棒ab垂直于平行導軌放置并接觸良好，金屬棒與導軌間的動摩擦因數為μ＝eq\f(\r(3),3)，在安培力的作用下，金屬棒以v0的速度向右勻速運動，通過變更磁感應強度的方向，可使流過金屬棒的電流最小，此時磁感應強度的方向與豎直方向的夾角為(B)A．37° B．30°C．45° D．60°[解析]由題意對棒受力分析，設磁感應強度的方向與豎直方向成θ角，則有BILcosθ＝μ(mg－BILsinθ)，整理得BIL＝eq\f(μmg,cosθ＋μsinθ)。電流有最小值，就相當于安培力的最小值，最終由數學學問解得：θ＝30°，則A、C、D錯誤，B正確。二、多項選擇題：在每小題給出的四個選項中，有多項是符合題目要求的。8．(2024·山西重點中學聯(lián)考)在赤道旁邊水平放置一根長L的直導線，導線中通有恒定電流I，地磁場在赤道的磁感應強度為B，若不考慮磁偏角的影響，那么地磁場對該導線的作用力大小及方向可能是(AB)A．0 B．eq\f(BIL,2)，豎直向下C．BIL，向西 D．eq\f(BIL,3)，向東[解析]當水平通電直導線與磁場方向平行時，地磁場對通電導線的作用力為零，選項A正確；當水平通電直導線與磁場方向垂直時，地磁場對通電導線的作用力大小為BIL，且為最大值；當水平通電直導線與磁場方向成一夾角時，地磁場對通電導線的作用力大小應介于0和BIL之間，方向均沿豎直方向，選項B正確，C、D錯誤。9．(2024·陜西咸陽模擬)如圖所示，在光滑水平面上一輕質彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來處于靜止狀態(tài)，此時磁鐵對水平面的壓力為FN1。現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導體棒，在導體棒中通以垂直紙面對里的電流瞬間，磁鐵對水平面的壓力變?yōu)镕N2，同時出現(xiàn)其他變更，則以下說法正確的是(BC)A．彈簧長度將變長 B．彈簧長度將變短C．FN1>FN2 D．FN1<FN2[解析]在磁鐵的左上方位置固定一導體棒，在導體棒中通以垂直紙面對里的電流瞬間，由左手定則可推斷出導體棒所受的安培力斜向右下，由牛頓第三定律可知，條形磁鐵所受的安培力斜向左上，因此彈簧長度將變短，磁鐵對水平面的壓力減小，即FN1>FN2，選項B、C正確，A、D錯誤。10．(2024·吉林延邊模擬)如圖甲所示，一長直導線沿南北方向水平放置，在導線下方有一靜止的靈敏小磁針，小磁針最初靜止于圖甲所示方位。現(xiàn)在導線中通以圖甲所示方向的恒定電流，測得小磁針偏離南北方向的角度θ的正切值tanθ與小磁針離開導線的距離x之間的關系如圖乙所示。若該處地磁場的水平重量為B0，小磁針始終處于長直導線正下方，則下列推斷中正確的是(ACD)A．通電后，小磁針的N極向紙面內偏轉B．通電后，小磁針靜止時N極所指的方向即為電流在小磁針處產生的磁場方向C．電流在x0處產生的磁場的磁感應強度大小為eq\f(\r(3),3)B0D．x0處合磁場的磁感應強度大小為eq\f(2\r(3),3)B0[解析]本題考查探究電流產生的磁場。依據安培定則可知，通電后，小磁針的N極向紙面內偏轉，故A正確；磁場的磁感應強度是矢量，通電后，小磁針靜止時N極所指的方向即為電流在小磁針處產生的磁場與地球的磁場的合磁場的方向，故B錯誤；設電流在x0處產生的磁場的磁感應強度大小為B1，則有tanθ＝eq\f(B1,B0)，所以B1＝eq\f(\r(3),3)B0，故C正確；由矢量的合成可知，x0處合磁場的磁感應強度大小為eq\f(2\r(3),3)B0，故D正確。11．(2024·湖南湘潭一模)全球性“超導熱”的興起，使超導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)域有垂直紙面對內的勻強磁場(磁場由超導線圈產生，其獨立電路部分未畫出)，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(BC)A．要使船前進，圖中MN導體棒應接直流電源的正極B．變更電極的正負或磁場方向，可限制船前進或后退C．增大電極間的電流，可增大船航行的速度D．增大勻強磁場的磁感應強度，可減小船體的推動力[解析]本題考查電磁驅動原理。當MN接直流電源的正極時，海水中電流方向由MN指向CD，依據左手定則，海水受到的安培力指向船頭方向，依據牛頓第三定律可知，船體受到海水指向船尾方向的作用力，故使船體向后運動，選項A錯誤；變更電極的正負或磁場方向，可變更安培力的方向，可限制船前進或后退，選項B正確；增大電極間的電流，依據安培力公式，增大了安培力(動力)，由牛頓其次定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，選項C正確；增大勻強磁場的磁感應強度，由安培力公式F＝BIL可知，可增大船體的推動力，選項D錯誤。三、非選擇題12．(2024·成武模擬)如圖所示，水平導軌間距為L＝0.5m，導軌電阻忽視不計；導體棒ab的質量m＝1kg，連入導軌間的電阻R0＝0.9Ω，與導軌接觸良好；電源電動勢E＝10V，內阻r＝0.1Ω，電阻R＝4Ω；外加勻強磁場的磁感應強度B＝5T，方向垂直于ab，與導軌平面的夾角α＝53°；ab與導軌間的動摩擦因數為μ＝0.5(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，定滑輪摩擦不計，輕繩對ab的拉力為水平方向，重力加速度g＝10m/s2，ab處于靜止狀態(tài)。已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，求：(1)通過ab的電流大小和方向；(2)ab受到的安培力大小；(3)重物重力G的取值范圍