《2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用學(xué)案(含解析).doc》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用學(xué)案(含解析).doc(30頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用
主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活
知識(shí)點(diǎn) 磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線?、?
1.磁場(chǎng)
(1)基本特性:磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。
(2)方向:小磁針靜止時(shí)N極所指的方向或小磁針N極的受力方向。
2.磁感應(yīng)強(qiáng)度
(1)物理意義:描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。
(2)大?。築=(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。
(3)方向:小磁針靜止時(shí)N極的指向。(即磁場(chǎng)方向就是B的方向)
(4)B是矢量,合成時(shí)遵循平行四邊形定則。單位:特斯拉,符號(hào)T。
(5)電流元:物理學(xué)中,把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL叫做電流元。
3.磁感線及其特點(diǎn)
(1)磁感線:為了形象地描述磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些有方向的曲線,使曲線上各點(diǎn)的切線方向跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。
(2)特點(diǎn)
①磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。
②磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
③磁感線是閉合曲線,沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)。
④同一磁場(chǎng)的磁感線不中斷、不相交。
⑤磁感線是假想的曲線,客觀上不存在。
知識(shí)點(diǎn) 電流的磁場(chǎng)及幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng) Ⅰ
1.電流的磁場(chǎng)
(1)奧斯特實(shí)驗(yàn):奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),即電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng),首次揭示了電和磁的聯(lián)系。
(2)安培定則
①通電直導(dǎo)線:右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。
②環(huán)形電流:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致,伸直的拇指所指的方向是環(huán)形電流中心軸線上磁感線的方向。
③通電螺線管:讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)的方向。
(3)安培的分子電流假說(shuō)
安培認(rèn)為,在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部,存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體,它的兩側(cè)相當(dāng)于磁體的兩極。
2.幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)
(1)常見(jiàn)磁體的磁場(chǎng)
(2)電流的磁場(chǎng)
(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng):磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等,方向處處相同的磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線為等間距的平行線,如圖所示。
(4)地磁場(chǎng)
①地磁場(chǎng)的N極在地理南極附近,S極在地理北極附近,磁感線分布如圖所示。
②在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,且方向水平向北。
3.磁通量
(1)公式:Φ=BS。
(2)單位:韋伯,符號(hào):Wb。
(3)適用條件:①勻強(qiáng)磁場(chǎng);②S是垂直磁場(chǎng)并在磁場(chǎng)中的有效面積。
知識(shí)點(diǎn) 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用——安培力?、?
1.安培力的方向
(1)用左手定則判斷:伸開(kāi)左手,讓拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。
(2)安培力方向特點(diǎn):F⊥B,F(xiàn)⊥I,即F垂直于B、I決定的平面。
(3)推論:兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力——同向電流互相吸引,反向電流互相排斥。
2.安培力的大小
F=BILsinθ(其中θ為B與I之間的夾角)。如圖所示:
(1)I∥B時(shí),θ=0或θ=180,安培力F=0。
(2)I⊥B時(shí),θ=90,安培力最大,F(xiàn)=BIL。
3.磁電式電流表的工作原理
磁電式電流表的原理圖如圖所示。
(1)磁場(chǎng)特點(diǎn)
①方向:沿半徑方向均勻輻射地分布,如圖所示;
②大?。涸诰噍S線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。
(2)安培力的特點(diǎn)
①方向:安培力的方向與線圈平面垂直;
②大?。喊才嗔Φ拇笮∨c通過(guò)的電流成正比。
(3)表盤(pán)刻度特點(diǎn)
導(dǎo)線在安培力作用下帶動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng),螺旋彈簧變形,反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),電流越大,安培力越大,螺旋彈簧的形變?cè)酱?,所以指針偏角與通過(guò)線圈的電流I成正相關(guān)。由于線圈平面總與磁感線平行,所以表盤(pán)刻度均勻。
一 思維辨析
1.磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,跟放在該點(diǎn)的試探電流元的情況無(wú)關(guān)。( )
2.磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟放在該點(diǎn)的試探電流元所受磁場(chǎng)力的方向一致。( )
3.磁感線是客觀存在的,磁感線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。( )
4.通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中,若不受安培力,說(shuō)明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。( )
5.垂直放置在磁場(chǎng)中的線圈面積減小時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量可能增大。( )
6.安培力可以做正功,也可以做負(fù)功。( )
答案 1.√ 2. 3. 4. 5.√ 6.√
二 對(duì)點(diǎn)激活
1.(人教版選修3-1P85T1改編)有人根據(jù)B=提出以下說(shuō)法,其中正確的是( )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度B跟磁場(chǎng)力F成正比
B.磁感應(yīng)強(qiáng)度B與乘積IL成反比
C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B不一定等于
D.通電直導(dǎo)線在某點(diǎn)受磁場(chǎng)力為零,則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零
答案 C
解析 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=是用比值定義法定義的,它只表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,但磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場(chǎng)的固有性質(zhì),與導(dǎo)體所受磁場(chǎng)力F及乘積IL等外界因素?zé)o關(guān),A、B錯(cuò)誤;B=是在導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直的情況下定義的,如果不垂直,設(shè)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向夾角為θ,則根據(jù)F=BILsinθ得B=,即B不一定等于,C正確;如果θ=0,雖然B≠0,但F=0,故D錯(cuò)誤。
2.(人教版選修3-1P90T3改編)(多選)如圖為通電螺線管,A為螺線管外一點(diǎn),B、C兩點(diǎn)在螺線管的垂直平分線上,關(guān)于A、B、C三點(diǎn)下列說(shuō)法正確的是( )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度最大處為A處,最小處為B處
B.磁感應(yīng)強(qiáng)度最大處為B處,最小處為C處
C.小磁針靜止時(shí)在B處和A處N極都指向左方
D.小磁針靜止時(shí)在B處和C處N極都指向右方
答案 BC
解析 通電螺線管的磁場(chǎng)分布類似于條形磁鐵的磁場(chǎng)分布,畫(huà)出磁感線分布圖,可知B處磁感線最密,C處磁感線最疏,所以B處磁感應(yīng)強(qiáng)度最大,C處最小,A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)安培定則可知,B處磁場(chǎng)向左,再根據(jù)磁感線的閉合性可知A處磁場(chǎng)向左,C處磁場(chǎng)向右,所以小磁針靜止時(shí),在A、B處N極指向左方,在C處N極指向右方,C正確,D錯(cuò)誤。
3.(人教版選修3-1P94T1改編)下面的幾個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力,其中正確的是( )
答案 C
解析 由左手定則知A、B錯(cuò)誤,C正確;D項(xiàng)中通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行,磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線沒(méi)有作用力,D錯(cuò)誤。
4.(人教版選修3-1P94T3)如圖所示為電流天平,可以用來(lái)測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)為n,線圈的水平邊長(zhǎng)為l,處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí),調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。然后使電流反向,大小不變。這時(shí)需要在左盤(pán)中增加質(zhì)量為m的砝碼,才能使兩臂再達(dá)到新的平衡。
(1)導(dǎo)出用n、m、l、I計(jì)算B的表達(dá)式;
(2)當(dāng)n=9,l=10.0 cm,I=0.10 A,m=8.78 g時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少?(g取10 m/s2)
答案 (1)B= (2)0.49 T
解析 (1)設(shè)左盤(pán)內(nèi)砝碼質(zhì)量為m1,右盤(pán)內(nèi)砝碼及線圈的總質(zhì)量為m2,由平衡條件得
m1g=m2g-nBIl①
電流方向改變后,得
(m1+m)g=m2g+nBIl②
由①②兩式相減得B=。
(2)根據(jù)B=代入數(shù)據(jù),得
B=0.49 T。
考點(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu)
考點(diǎn)1 安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加
1.安培定則的應(yīng)用:在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)方向時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。
2.磁場(chǎng)的疊加:磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量,合成與分解遵循平行四邊形定則。
磁場(chǎng)疊加問(wèn)題的一般解題思路:
(1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源,如通電直導(dǎo)線。
(2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn),利用安培定則及其他已知條件判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向。如圖所示為M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成,如圖中的合磁場(chǎng)。
例1 (2017全國(guó)卷Ⅲ)如圖,在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí),紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為( )
A.0 B.B0
C.B0 D.2B0
解題探究 (1)通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是如何分布的?
提示:依據(jù)安培定則判斷磁感線是以導(dǎo)線為中心的同心圓。
(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的合成遵循什么運(yùn)算定則?
提示:平行四邊形定則。
嘗試解答 選C。
兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q在a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等,設(shè)為B,方向如圖甲所示,此時(shí)a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,則兩磁感應(yīng)強(qiáng)度的合磁感應(yīng)強(qiáng)度B合的大小等于B0,方向與B0相反,即B0的方向水平向左,此時(shí)B==B0;讓P中的電流反向、其他條件不變,兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q在a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B,方向如圖乙所示,則兩磁感應(yīng)強(qiáng)度的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向豎直向上,B與B0垂直,其合磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba= =B0,C正確。
總結(jié)升華
磁場(chǎng)的疊加和安培定則應(yīng)用的“三大注意”
(1)根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的方向時(shí),注意直導(dǎo)線和環(huán)形導(dǎo)線存在的差異。
(2)磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向。
(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí),合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。
[變式1] (2018廣東高三4月測(cè)試)如圖,同一平面內(nèi)有兩根互相平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線M和N,通有等大反向的電流,該平面內(nèi)的a、b兩點(diǎn)關(guān)于導(dǎo)線N對(duì)稱,且a點(diǎn)與兩導(dǎo)線的距離相等。若a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則下列關(guān)于b點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bb的判斷正確的是( )
A.Bb>2B,方向垂直該平面向里
B.Bb
F2 D.F1F2,在水平方向上,由于F′有向左的分力,磁鐵壓縮彈簧,所以彈簧長(zhǎng)度變短,B、C正確。
2.兩條直導(dǎo)線相互垂直,如圖所示,但相隔一小段距離,其中一條AB是固定的,另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)電流按如圖所示的方向通入兩條導(dǎo)線時(shí),CD導(dǎo)線將( )
A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線AB
B.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開(kāi)導(dǎo)線AB
C.靜止不動(dòng)
D.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線AB
答案 D
解析 分析出導(dǎo)線AB產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)橛疫M(jìn)左出,據(jù)左手定則可知:剛通入電流時(shí),導(dǎo)線CD的左半邊受到向下的安培力,而其右半邊受到向上的安培力,所以導(dǎo)線CD將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,導(dǎo)線CD受到的安培力具有指向?qū)Ь€AB的分量,使得導(dǎo)線CD在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)靠近導(dǎo)線AB,D正確。
高考模擬 隨堂集訓(xùn)
1.(2018全國(guó)卷Ⅱ)(多選)如圖,紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長(zhǎng)直絕緣導(dǎo)線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點(diǎn),它們相對(duì)于L2對(duì)稱。整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場(chǎng)中,外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B0和B0,方向也垂直于紙面向外。則( )
A.流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0
B.流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0
C.流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0
D.流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0
答案 AC
解析 L1在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,設(shè)為B1,方向都垂直于紙面向里,而L2在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小設(shè)為B2,方向垂直紙面向里,在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B2,方向垂直紙面向外,規(guī)定向外為正方向,根據(jù)矢量疊加原理可知B0-B1-B2=B0,B2+B0-B1=B0,聯(lián)立這兩式可解得:B1=B0,B2=B0,故A、C正確。
2. (2017全國(guó)卷Ⅰ)(多選)如圖,三根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流I,L1中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反。下列說(shuō)法正確的是( )
A.L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面垂直
B.L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直
C.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶
D.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為 ∶∶1
答案 BC
解析 如圖,由磁場(chǎng)的疊加知,L2與L3中的電流在L1處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的方向在L2、L3連線的中垂線上,由左手定則知,L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面平行,A錯(cuò)誤。L1與L2中的電流在L3處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的方向與L1、L2的連線平行,由左手定則知,L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直,B正確。由幾何關(guān)系知,設(shè)電流在另外導(dǎo)線處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,L1、L2所在處兩個(gè)磁場(chǎng)方向的夾角均為120,則B合=B,L3所在處兩個(gè)磁場(chǎng)方向的夾角為60,則B′合=B,由F=ILB知,L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶,C正確,D錯(cuò)誤。
3. (2016北京高考)中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針?shù)h,則能指南,然常微偏東,不全南也?!边M(jìn)一步研究表明,地球周圍地磁場(chǎng)的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料,下列說(shuō)法不正確的是( )
A.地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合
B.地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng),地磁南極在地理北極附近
C.地球表面任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行
D.地磁場(chǎng)對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用
答案 C
解析 由題意可知,地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合,存在磁偏角,A正確;磁感線是閉合的,再由圖可推知地球內(nèi)部存在磁場(chǎng),地磁南極在地理北極附近,故B正確;只有赤道上方附近的磁感線與地面平行,故C錯(cuò)誤;射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的運(yùn)動(dòng)方向與地磁場(chǎng)方向不平行,故地磁場(chǎng)對(duì)其有力的作用,這是磁場(chǎng)的基本性質(zhì),故D正確。
4.(2018河北調(diào)研)如圖所示,直角坐標(biāo)系Oxyz處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一條長(zhǎng)0.6 m的直導(dǎo)線沿Ox方向通有大小為9 A的電流,受到的安培力沿Oz方向,大小為2.7 N。則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)可能的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為( )
A.平行于xOy平面,B=0.5 T
B.平行于xOz平面,B=1.0 T
C.平行于xOy平面,B=0.2 T
D.平行于xOy平面,B=1.0 T
答案 A
解析 根據(jù)安培力公式F=BILsinθ可知,B==,安培力一定垂直于導(dǎo)線和磁感線決定的平面,所以磁場(chǎng)的方向一定平行于xOy平面。當(dāng)θ=90時(shí),B=0.5 T,磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿y軸正方向,A正確。
5.(2018武漢高三2月調(diào)研)(多選)磁電式電流表的構(gòu)造如圖a所示,在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈,轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布,如圖b所示。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí),線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),螺旋彈簧被扭動(dòng),線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS=kθ,式中N為線圈的匝數(shù),S為線圈的面積,I為通過(guò)線圈的電流,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,θ為線圈(指針)偏角,k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象,由題中的信息可知( )
A.該電流表的刻度是均勻的
B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力的大小不變
C.若線圈中通以如圖b所示的電流,線圈將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)
D.更換k值更大的螺旋彈簧,可以增大電流表的靈敏度
答案 AB
解析 根據(jù)線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS=kθ可知,線圈(指針)偏角與線圈中的電流成正比,所以該電流表的刻度是均勻的,A正確;由于蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,且方向始終與線圈平面平行,根據(jù)安培力公式F=BIL,所以線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力的大小不變,B正確;若線圈中通以如題圖b所示的電流,根據(jù)左手定則,線圈將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),C錯(cuò)誤;由NBIS=kθ可知,更換k值更大的螺旋彈簧,可以減小電流表的靈敏度,D錯(cuò)誤。
配套課時(shí)作業(yè)
時(shí)間:45分鐘 滿分:100分
一、選擇題(本題共10小題,每小題7分,共70分。其中1~6為單選,7~10為多選)
1.(2018濰坊統(tǒng)考)如圖所示,a、b、c、d是圓心為O的圓上的四個(gè)點(diǎn),直徑ac、bd相互垂直,兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直圓面分別固定在b、d處,導(dǎo)線中通有大小相等、垂直紙面向外的電流,關(guān)于a、O、c三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列說(shuō)法正確的是( )
A.都為零 B.O點(diǎn)最大
C.a(chǎn)、c兩點(diǎn)方向相反 D.a(chǎn)、c兩點(diǎn)方向相同
答案 C
解析 由安培定則可知,b、d兩處的通電導(dǎo)線在a點(diǎn)的磁場(chǎng)方向如圖所示,由平行四邊形定則可知,a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直ac向下,同理可知c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直ac向上,即a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,C正確,A、D錯(cuò)誤;根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理可知,O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為零,B錯(cuò)誤。
2.如圖所示,用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同,邊長(zhǎng)MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態(tài)。若磁場(chǎng)發(fā)生微小變化,天平最容易失去平衡的是( )
答案 A
解析 由F=BIL知,線圈在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度越大,受到的力變化就越大,A中有效長(zhǎng)度最長(zhǎng),為MN,故A項(xiàng)正確。
3.如圖所示,用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)導(dǎo)線框,導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和兩直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路,導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流,處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線的圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線P。當(dāng)P中通以方向向外的電流時(shí)( )
A.導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動(dòng)
B.導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動(dòng)
C.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
D.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
答案 D
解析 由安培定則判斷出通電導(dǎo)線P在ab處的磁場(chǎng)向下,在cd處的磁場(chǎng)向上,根據(jù)左手定則,知ab受安培力向外,cd受安培力向里,從上往下看,導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故D正確。
4. (2018河南調(diào)研聯(lián)考)如圖所示,在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒ab兩端由等長(zhǎng)輕質(zhì)軟導(dǎo)線水平懸掛,平衡時(shí)兩懸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(guò)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( )
答案 A
解析 對(duì)ab棒受力分析如圖所示。由平衡條件有tanθ=,得I=,又知為常數(shù),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。
5. (2018武漢檢測(cè))如圖所示,在天花板下用細(xì)線懸掛一半徑為R的金屬圓環(huán),圓環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài),圓環(huán)一部分處在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,環(huán)與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)A、B與圓心O連線的夾角為120,此時(shí)懸線的拉力為F。若圓環(huán)通電,使懸線的拉力剛好為零,則環(huán)中電流的大小和方向是( )
A.大小為,沿順時(shí)針?lè)较?
B.大小為,沿逆時(shí)針?lè)较?
C.大小為,沿順時(shí)針?lè)较?
D.大小為,沿逆時(shí)針?lè)较?
答案 A
解析 圓環(huán)不通電時(shí)懸線拉力為F,可知F=mg,若圓環(huán)通電,使懸線拉力剛好為零,那么FA=mg,安培力方向若要豎直向上,電流應(yīng)為順時(shí)針,F(xiàn)A=2BIRsin60=BIR,聯(lián)立得BIR=F,則I=,故A正確。
6. (2018南昌十所省重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示,用三條細(xì)線懸掛的水平圓形線圈共有n匝,線圈由粗細(xì)均勻、單位長(zhǎng)度的質(zhì)量為2.5 g的導(dǎo)線繞制而成,三條細(xì)線呈對(duì)稱分布,穩(wěn)定時(shí)線圈平面水平,在線圈正下方放有一個(gè)圓柱形條形磁鐵,磁鐵中軸線OO′垂直于線圈平面且通過(guò)其圓心O,測(cè)得線圈的導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5 T,方向與豎直線成30角,要使三條細(xì)線上的張力為零,線圈中通過(guò)的電流至少為( )
A.0.1 A B.0.2 A
C.0.05 A D.0.01 A
答案 A
解析 設(shè)線圈的半徑為r,則線圈的質(zhì)量m=2nπr2.510-3 kg,磁場(chǎng)的水平分量為Bsin30,線圈受到的安培力為F=Bsin30I2nπr,由于線圈所受向上的安培力等于線圈的重力,則2nπr2.510-310=Bsin30I2nπr,解得I=0.1 A,A正確。
7.(2017全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)自制的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對(duì)邊的中間位置引出,并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),該同學(xué)應(yīng)將( )
A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉
B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉
C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉
D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉
答案 AD
解析 裝置平面示意圖如圖所示。如圖所示的狀態(tài),磁感線方向向上,若形成通路,線圈下邊導(dǎo)線中電流方向向左,受垂直紙面向里的安培力,同理,上邊導(dǎo)線中電流受安培力垂直紙面向外,使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈上邊導(dǎo)線轉(zhuǎn)到下邊時(shí),若仍通路,線圈上、下邊中電流方向與圖示方向相比均反向,受安培力反向,阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。若要線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),要求左、右轉(zhuǎn)軸只能上一側(cè)或下一側(cè)形成通路,另一側(cè)斷路。故選A、D。
8.如圖甲所示,兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置,間距為L(zhǎng),其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平放置一根均勻金屬棒。從t=0時(shí)刻起,棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较?。則金屬棒( )
A.一直向右移動(dòng)
B.速度隨時(shí)間周期性變化
C.受到的安培力隨時(shí)間周期性變化
D.受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功
答案 ABC
解析 根據(jù)左手定則知,導(dǎo)體棒開(kāi)始所受的安培力方向水平向右,根據(jù)F=BIL=ma知,金屬棒在第一個(gè)內(nèi)向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在第二個(gè)內(nèi),安培力水平向左,故向右做勻減速運(yùn)動(dòng),根據(jù)對(duì)稱性畫(huà)出vt圖象如圖所示,由圖象可知速度隨時(shí)間周期性變化,一直向右運(yùn)動(dòng),A、B正確;根據(jù)It圖象,由F=BIL知,安培力隨時(shí)間周期性變化,C正確;根據(jù)動(dòng)能定理,安培力在前半周期做正功,后半周期做負(fù)功,一個(gè)周期內(nèi)總功為零,D錯(cuò)誤。
9.已知在電流為I的長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,距導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=k,其中k為常量?,F(xiàn)有四根平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線,其橫截面恰好在一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,電流方向如圖。其中a、c導(dǎo)線中的電流大小為I1,b、d導(dǎo)線中的電流大小為I2,已知此時(shí)b導(dǎo)線所受的安培力恰好為零。撤去b導(dǎo)線,在O處固定一長(zhǎng)度為L(zhǎng)、電流為I的通電導(dǎo)體棒e,電流方向垂直紙面向外,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.b導(dǎo)線撤去前,電流的大小關(guān)系為I2=2I1
B.b導(dǎo)線撤去前,四根導(dǎo)線所受的安培力均為零
C.b導(dǎo)線撤去后,導(dǎo)體棒e所受安培力方向?yàn)檠貀軸負(fù)方向
D.b導(dǎo)線撤去后,導(dǎo)體棒e所受安培力大小為kII2
答案 ACD
解析 b導(dǎo)線撤去前,b導(dǎo)線所受的安培力為零,則b導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,即2kcos45=k,解得I2=2I1,A正確;b導(dǎo)線撤去前,根據(jù)對(duì)稱性知d導(dǎo)線所受的安培力也為零,由2kcos45≠k知,a、c導(dǎo)線所受的安培力不為零,B錯(cuò)誤;b導(dǎo)線撤去后,O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0=k=k,方向沿x軸負(fù)方向,則由左手定則知導(dǎo)體棒e所受安培力方向沿y軸負(fù)方向,大小為F=B0IL=kII2,C、D正確。
10.質(zhì)量為m的金屬細(xì)桿置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度為d,桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,有電流通過(guò)桿,桿恰好靜止于導(dǎo)軌上,在如圖所示的A、B、C、D四個(gè)圖中,桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是( )
答案 CD
解析 A中,通電細(xì)桿可能受重力、安培力、導(dǎo)軌的彈力作用處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖甲所示,所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零。
B中,通電細(xì)桿可能受重力、安培力作用處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖乙所示,所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零。
C和D中,通電細(xì)桿受重力、安培力、導(dǎo)軌彈力作用具有下滑趨勢(shì),故一定受到沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力,如圖丙、丁所示,所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零。故正確答案為C、D。
二、非選擇題(本題共2小題,共30分)
11.(14分)電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖所示,利用這種裝置可以把質(zhì)量為2.0 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6 km/s。若這種裝置的軌道寬2 m,長(zhǎng)為100 m,通過(guò)的電流為10 A,求軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)力的最大功率。(軌道摩擦不計(jì))
答案 18 T 2.16106 W
解析 電磁炮在安培力的作用下,沿軌道做勻加速運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)100 m的位移加速至6 km/s,利用動(dòng)能定理可得F安s=ΔEk,
即BILs=mv2-0,
代入數(shù)據(jù)可得B=18 T。
運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,磁場(chǎng)力的最大功率為
P=F安v=BILv=2.16106 W。
12. (16分)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)與水平面成θ=37角的導(dǎo)電滑軌,滑軌上放置一個(gè)可自由移動(dòng)的金屬桿ab。已知接在滑軌中的電源電動(dòng)勢(shì)E=12 V,內(nèi)阻不計(jì)。ab桿長(zhǎng)L=0.5 m,質(zhì)量m=0.2 kg,桿與滑軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,滑軌與ab桿的電阻忽略不計(jì)。求:要使ab桿在滑軌上保持靜止,滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變化?(g取10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8,可認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
答案 3 Ω≤R≤5 Ω
解析 分別畫(huà)出ab桿在恰好不下滑和恰好不上滑這兩種情況下的受力分析圖,如圖所示。
當(dāng)ab桿恰好不下滑時(shí),如圖甲所示。由平衡條件得
沿斜面方向mgsinθ=μFN1+F安1cosθ
垂直斜面方向FN1=mgcosθ+F安1sinθ
而F安1=BL,解得R1=5 Ω。
當(dāng)ab桿恰好不上滑時(shí),如圖乙所示。由平衡條件得
沿斜面方向mgsinθ+μFN2=F安2cosθ
垂直斜面方向FN2=mgcosθ+F安2sinθ
而F安2=BL,解得R2=3 Ω。
所以,要使ab桿保持靜止,
R的取值范圍是3 Ω≤R≤5 Ω。
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