2023版高考物理總復(fù)習之加練半小時-第十章-微專題66-磁場及其對電流的作用

第十章磁場微專題66磁場及其對電流的作用1．判斷電流周圍磁場方向用安培定則；磁場的疊加遵循平行四邊形定則.2.判斷安培力的方向時，充分利用F安⊥B、F安⊥I.3.分析磁場中通電導(dǎo)體受力問題時，一般先把立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，然后對物體進行受力分析，要注意安培力方向的確定，最后根據(jù)平衡條件或物體的運動狀態(tài)列出方程．1.三個大小相同彼此絕緣的細鐵環(huán)，分別處在兩兩相互垂直的平面內(nèi)，鐵環(huán)的圓心相互重合，通有大小相同的電流，方向如圖所示，單獨一個鐵環(huán)在圓心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為B，則圓心O處的磁感應(yīng)強度大小為()A．0 B.eq\r(2)BC.eq\r(3)B D．3B答案C解析根據(jù)安培定則可知，三個通電鐵環(huán)在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向如圖所示，根據(jù)勾股定理求出合磁感應(yīng)強度為B合＝eq\r(B2＋\r(2)B2)＝eq\r(3)B，故C正確，A、B、D錯誤．2.(2022·廣東深圳市高三月考)已知通電長直導(dǎo)線在周圍空間某位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小與電流大小成正比，與該位置到長直導(dǎo)線的距離成反比．如圖所示，現(xiàn)有通有電流大小相同的兩根長直導(dǎo)線分別固定在正方體的兩條邊dh和hg上，彼此絕緣，電流方向分別由d流向h、由h流向g，則關(guān)于a、b、c、e、f五點，下列說法正確的是()A．f、a點磁感應(yīng)強度相同B．c、e兩點磁感應(yīng)強度大小之比為2∶1C．c點磁感應(yīng)強度最大D．c點磁感應(yīng)強度方向與ac平行答案C解析由對稱性可知，f、a點磁感應(yīng)強度大小相等，但是方向不相同，選項A錯誤；設(shè)每根直導(dǎo)線的電流為I，則B＝eq\f(kI,r)，若正方形邊長為L，則c點磁感應(yīng)強度大小Bc＝eq\f(2kI,L)，e點磁感應(yīng)強度大小Be＝eq\f(\r(2)kI,L)，大小之比為eq\r(2)∶1，選項B錯誤；a、b、c、e、f五個點中c點距離兩通電導(dǎo)線距離都是最小，且兩根通電導(dǎo)線在c點的磁場方向相同，都沿著b→c方向，則合成后磁感應(yīng)強度最大，選項C正確，D錯誤．3．(多選)磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場方向豎直向上，將一個三分之二圓弧形導(dǎo)體ab固定在圖示位置，其圓心為O，半徑為r.在導(dǎo)體中通以方向從a→b的恒定電流I，將磁場沿順時針方向繞垂直紙面并過O點的軸緩慢旋轉(zhuǎn)，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體ab受到的安培力方向始終垂直紙面向外B．導(dǎo)體ab受到的安培力大小可能為零C．導(dǎo)體ab受到的安培力大小可能為BIrD．導(dǎo)體ab受到的安培力最大值為2BIr答案BC解析根據(jù)左手定則可知，磁場沿順時針方向繞垂直紙面并過O點的軸緩慢旋轉(zhuǎn)的過程中安培力的方向可能垂直紙面向外，也可能垂直紙面向里，故A錯誤；當磁場的方向與ab的連線平行時，此時導(dǎo)體ab受到的安培力大小為零，故B正確；ab的連線長度L＝eq\r(3)r，當磁場方向與ab的連線垂直時，此時的安培力最大F安＝BIL＝eq\r(3)BIr，安培力最小值為0，最大值為eq\r(3)BIr，所以在磁場轉(zhuǎn)動過程中，導(dǎo)體ab受到的安培力大小可能為BIr，不可能為2BIr，故C正確，D錯誤．4.如圖所示，在同一絕緣水平面上固定三根平行且等間距的長直通電導(dǎo)線a、b、c，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流．已知導(dǎo)線a受到的安培力方向向左，則下列說法正確的是()A．導(dǎo)線b中電流方向一定與導(dǎo)線a中電流方向相同B．導(dǎo)線c受到的安培力一定向右C．導(dǎo)線a、c受到的安培力的大小不一定相等D．導(dǎo)線b受到的安培力一定最大答案C解析由于導(dǎo)線a受到的安培力方向垂直導(dǎo)線向左，故導(dǎo)線b的電流方向一定與導(dǎo)線a中電流方向相反，故A錯誤；若導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相反，則導(dǎo)線c受到安培力的方向向左；若導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相同，則導(dǎo)線c受到安培力的方向向右，故B錯誤；只有當導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線a相同時，導(dǎo)線a、c受到安培力的大小才相等，故C正確；當導(dǎo)線c的電流方向與導(dǎo)線b相同時，導(dǎo)線b受到的安培力最大，故D錯誤．5.(多選)如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中有兩根水平放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF，導(dǎo)軌平面水平，導(dǎo)軌上放有一金屬棒MN.現(xiàn)從t＝0時刻起，在棒中通以由M到N方向的電流且電流與時間成正比，即I＝kt，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)于棒的速度、加速度隨時間t變化的關(guān)系中，可能正確的是()答案BD解析由題可知，導(dǎo)軌粗糙，棒中通入的電流與時間成正比，I＝kt，棒將受到安培力作用，剛開始時金屬棒不動，當安培力大于最大靜摩擦力時，棒開始運動，根據(jù)牛頓第二定律得F－Ff＝ma，而F＝BIL，I＝kt得到BkL·t－Ff＝ma，可見a隨t的變化均勻增大，故A錯誤，B正確．a(chǎn)增大，v－t圖像的斜率增大，故C錯誤，D正確．6.如圖所示．質(zhì)量m＝20g的導(dǎo)體棒ab垂直放在寬度l＝0.5m的平行金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌下端與一電源和電阻連接，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為37°，磁感應(yīng)強度大小B＝1T的勻強磁場(圖中未畫出)方向垂直導(dǎo)軌平面向上，導(dǎo)體棒中通有0.4A的電流時恰好能保持靜止，重力加速度大小g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為()A．0.05 B．0.25C．0.5 D．0.8答案C解析對導(dǎo)體棒受力分析可知，導(dǎo)體棒受重力、支持力、摩擦力和安培力，四個力的作用處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件可得mgsinθ＋Ff＝BIl，其中Ff＝μmgcosθ，聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得μ＝0.5，故選C.7．航空母艦的艦載機在起飛的過程中，僅靠自身發(fā)動機噴氣不足以在飛行甲板上達到起飛速度，如果安裝輔助起飛的電磁彈射系統(tǒng)(如圖甲所示)就能達到起飛速度．電磁彈射系統(tǒng)的設(shè)計原理圖可簡化為圖乙所示，圖中MN、PQ是光滑平行金屬直導(dǎo)軌(電阻忽略不計)，AB是電磁彈射車，回路PBAM中電流恒定，該電流產(chǎn)生的磁場對彈射車施加力的作用，從而帶動艦載機由靜止開始向右加速起飛，不計空氣阻力，關(guān)于該系統(tǒng)，下列說法正確的是()A．MN、PQ間的磁場是勻強磁場B．彈射車的速度與運動的時間成正比C．彈射車所受的安培力與電流的大小成正比D．回路PBAM中通以交變電流，彈射車不能正常加速答案B解析根據(jù)安培定則可知，MN、PQ間有垂直紙面向外的磁場，且通電直導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場為環(huán)形磁場，離導(dǎo)軌越遠磁場越弱，故不是勻強磁場，故A錯誤；沿導(dǎo)軌方向磁場不變，且回路PBAM中電流恒定，導(dǎo)軌間距不變，由F＝BIL可知，安培力大小不變，由牛頓第二定律F＝ma可知，加速度不變，由v＝at可知彈射車的速度與運動的時間成正比，故B正確；安培力F＝BIL，當電流增大時，磁感應(yīng)強度也增大，故彈射車所受的安培力與電流的大小不是正比關(guān)系，故C錯誤；根據(jù)安培定則可知電流方向沿回路PBAM時，導(dǎo)軌之間產(chǎn)生垂直紙面向外的磁場，結(jié)合左手定則可知電磁彈射車所受安培力方向向右；當電流方向沿回路MABP時，根據(jù)右手螺旋定則導(dǎo)軌之間產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場，結(jié)合左手定則可知電磁彈射車所受安培力方向依然向右，故電流的方向變化不改變電磁彈射車所受安培力的方向，即電磁彈射系統(tǒng)能夠正常工作，故D錯誤．8．(多選)如圖所示，間距為L＝0.3m的平行光滑金屬導(dǎo)軌上端接有電動勢E＝3.0V、內(nèi)阻r＝1.0Ω的直流電源，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37°角，勻強磁場方向沿豎直方向，現(xiàn)把一質(zhì)量為m＝0.1kg、電阻為R＝2.0Ω的金屬棒ab垂直放在金屬導(dǎo)軌上，金屬棒恰好靜止．已知g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，則()A．金屬棒ab的發(fā)熱功率為3.0WB．磁感應(yīng)強度大小為2.0TC．磁場方向豎直向上D．改變磁場方向，仍使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上，磁感應(yīng)強度的最小值為2.0T答案CD解析根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電流I＝eq\f(E,R＋r)＝1.0A，金屬棒ab的發(fā)熱功率為P＝I2R＝2.0W，A錯誤；根據(jù)金屬棒受力平衡可知，金屬棒所受安培力方向水平向右，則磁場方向豎直向上，C正確；對金屬棒ab進行受力分析可得BIL＝mgtanθ，解得B＝2.5T，B錯誤；改變磁場方向，仍使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上，磁感應(yīng)強度最小時磁場的方向應(yīng)垂直導(dǎo)軌向上，此時有BminIL＝mgsinθ，解得Bmin＝2.0T，D正確．9．(2022·福建省南安第一中學高三月考)如圖所示，電阻不計的水平導(dǎo)軌間距L＝0.5m，導(dǎo)軌處于方向與水平面成53°角斜向右上方的磁感應(yīng)強度B＝5T的勻強磁場中．導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌放置且處于靜止狀態(tài)，質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.9Ω，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5.電源電動勢E＝10V，其內(nèi)阻r＝0.1Ω，定值電阻的阻值R0＝4Ω.不計定滑輪的摩擦，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，細繩對ab的拉力沿水平方向，重力加速度g取10m/s2，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??；(3)重物重力G的取值范圍．答案(1)2A電流方向由a到b(2)5N(3)0.5N≤G≤7.5N解析(1)由閉合電路歐姆定律可得I＝eq\f(E,R＋r＋R0)＝eq\f(10,0.9＋0.1＋4)A＝2A，電流方向由a到b；(2)ab受到的安培力大小為F安＝BIL＝5×2×0.5N＝5N(3)①若導(dǎo)體棒ab恰好有水平向左的運動趨勢時，導(dǎo)體棒所受靜摩擦