2018-2019學(xué)年高二物理 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力

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1、 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力 1.【2018年南昌二中高三上學(xué)期第四次月考】兩個(gè)相同的全長電阻為9 Ω、半徑為8 cm的均勻光滑圓環(huán)固定在一個(gè)絕緣的水平臺(tái)面上,兩環(huán)分別在兩個(gè)互相平行的、相距為20 cm的豎直面內(nèi),兩環(huán)的圓心連線恰好與環(huán)面垂直,兩環(huán)面間有方向豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度T的勻強(qiáng)磁場(未畫出),兩環(huán)的最高點(diǎn)A和C間接有一內(nèi)阻為0.5 Ω的電源,連接的導(dǎo)線的電阻不計(jì)?,F(xiàn)有一根質(zhì)量為10 g、電阻為1.5 Ω的導(dǎo)體棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可沿環(huán)滑動(dòng),而棒恰好靜止于如圖所示的水平位置,它與圓弧的兩接觸點(diǎn)P、Q和圓弧最低點(diǎn)間所夾的弧對應(yīng)的圓心角均為θ=60°,重力加速度g取10 m/s2。

2、 (1)求此電源電動(dòng)勢E的大小; (2)若換上兩個(gè)電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動(dòng)勢E的大小為2 V的電源,其他條件不變,現(xiàn)將棒從圓環(huán)最低點(diǎn)靜止釋放,問:棒經(jīng)過P、Q點(diǎn)時(shí)對兩環(huán)的彈力各為多少?棒能上升的最大高度為多少? 一、多選題 1.【2018年浙江省名校協(xié)作體高三上學(xué)期9月聯(lián)考】物理學(xué)的發(fā)展極大地豐富了人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí),推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命,促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進(jìn)步。關(guān)于物理學(xué)發(fā)展過程中的認(rèn)識(shí),下列說法不正確的是(  ) A.法拉第創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場” B.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) C.自然

3、界的電荷只有兩種,庫侖把它們命名為正電荷和負(fù)電荷 D.牛頓進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”,得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論 2.【2018年臺(tái)州中學(xué)高二上學(xué)期月考】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列說法正確的是(  ) A.磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定的,其大小和方向是唯一確定的,與通電導(dǎo)線無關(guān) B.通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場,通電導(dǎo)線不受安培力的地方一定不存在磁場 C.人們通常用通電導(dǎo)線在磁場中某點(diǎn)的受力來探究磁場的強(qiáng)弱,如果將這根通電導(dǎo)線拿走,那該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就變?yōu)榱? D.由可知,B與F成正比與IL成反比 3.【2018年遵義市第四教育集團(tuán)高三上學(xué)期第二次聯(lián)考】

4、(多選)無限長通電直導(dǎo)線在周圍某一點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與電流成正比,與導(dǎo)線到這一點(diǎn)的距離成反比,即(式中k為常數(shù))。如圖所示,兩根相距L的無限長直導(dǎo)線分別通有電流I和3I,在兩根導(dǎo)線的連線上有a、b兩點(diǎn),a點(diǎn)為兩根直導(dǎo)線連線的中點(diǎn),b點(diǎn)距導(dǎo)線I的距離為L。下列說法正確的是(  ) A.a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同 B.a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反 C.a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為8 : 1 D.a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為16 : 1 4.【2018年贛州高二月考】如圖所示,ab是水平面上一個(gè)圓的直徑,在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef,已知ef平行于ab

5、,當(dāng)ef豎直向上平移時(shí),電流產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將(  ) A.始終為零 B.逐漸減小 C.逐漸增大D.不為零,但保持不變 5.【2018年吉林上學(xué)期高二第二次月考】如圖所示,A為通電線圈,電流方向如圖,B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓,φB、φC分別為通過兩圓面的磁通量的大小,下列判斷中正確的是(  ) A.φB=φC B.φB <φC C.穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向外的 D.穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向里的 6.【2018年重慶一中高二月考】將圓柱形強(qiáng)磁鐵吸在干電池的負(fù)極,強(qiáng)磁鐵的S極朝上N極朝下,金屬導(dǎo)線折成上端有一支點(diǎn),下端開口的導(dǎo)線框,使導(dǎo)線框

6、的頂端支點(diǎn)和底端分別與電源的正極和磁鐵都接觸良好但不固定,這樣整個(gè)線框就可以繞電池旋轉(zhuǎn)起來。下列判斷正確的是(  ) A.線框能旋轉(zhuǎn)起來,是因?yàn)閼T性 B.俯視觀察,線框沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) C.電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率 D.導(dǎo)線框?qū)⑸舷抡駝?dòng) 7.【2018年浙江省高三上學(xué)期11月選考】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(dāng)兩線圈均無電流通過時(shí),天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是(  ) A.當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí),兩線圈電流方向相同 B.當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí),兩線圈電流方向相同 C.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大

7、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 8.【2018年安慶市高三上學(xué)期五校聯(lián)考】如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場方向斜向右上方,與水平方向所夾的銳角為45°。將一個(gè)金屬圓環(huán)ab置于磁場中,圓環(huán)的圓心為O,半徑為r,兩條半徑Oa和Ob相互垂直,且Oa沿水平方向。當(dāng)圓環(huán)中通以電流I時(shí),圓環(huán)受到的安培力大小為(  ) A.2BIr B. C.BIr D. 9.【2018年長安區(qū)第一中學(xué)高二上學(xué)期期中】如圖所示,一水平放置的N匝矩形線框面積為S,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向斜向上,與水平面成30°角,現(xiàn)

8、若使矩形框以左邊的一條邊為軸轉(zhuǎn)到豎直的虛線位置,則此過程中磁通量的改變量的大小是(  ) A. B. C. D. 10.【2018年汕頭市金山中學(xué)高二上學(xué)期期中】(多選)如圖所示,圓圈中的“×”表示電流方向垂直紙面向里,圓圈中的“?”表示電流方向垂直紙面向外。兩根通電長直導(dǎo)線a、b平行水平放置,a、b中的電流強(qiáng)度均為I,此時(shí)a受到的磁場力大小為F。當(dāng)在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導(dǎo)線c后,a受到的磁場力大小仍為F,圖中abc正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形,則此時(shí)(  ) A.b受到的磁場力大小為F B.b受到的磁場力大小為 C.c受到的磁場力

9、大小為F D.c受到的磁場力大小為 二、解答題 11.【2018年蘭州一中高二12月月考】如圖所示為電流天平,可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,它的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)為n,線圈的水平邊長為L,處于勻強(qiáng)磁場內(nèi),勻強(qiáng)磁場的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過電流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)需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼,才能使兩臂再次達(dá)到新的平衡。 (1)若線圈串聯(lián)一個(gè)電阻R連接到電壓為U的穩(wěn)定電源上,已知線圈電阻為r,當(dāng)線圈中通過電流I時(shí),請用題給的物理量符號(hào)表示出電阻R的大?。? (2)請用重力加速度g和n、m、L、I導(dǎo)出B的表達(dá)式。

10、 12.【龍泉中學(xué)2018年高二月考】如圖所示,通電直導(dǎo)線ab質(zhì)量為m、長為L,水平地放置在傾角為θ的光滑斜面上,通以圖示方向的電流,電流強(qiáng)度為I,要求導(dǎo)線ab靜止在斜面上。 (1)若磁場的方向豎直向上,則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小如何? (2)若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小如何? 寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力 1.【解析】(1)從左向右看,棒PQ的受力如圖所示,棒受重力mg、安培力F安和環(huán)對棒的彈力FN作用;根據(jù)平衡條件得F安=mgtanθ 安培力F安=IBL 聯(lián)立解得I=1 A 在電路中兩個(gè)圓環(huán)分別連入電路的電阻為R環(huán)=13×9Ω×

11、23×9Ω13×9Ω+23×9Ω=2 Ω 由閉合電路歐姆定律得:E=I(r+2R環(huán)+R棒)=6 V. (2)若換上兩個(gè)電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動(dòng)勢E的大小為2V的電源,則電路中的電流 I1=ER棒+r=20.5+1.5A=1A 安培力F安1=BI1L=310N 棒經(jīng)過P、Q點(diǎn)時(shí)的速度為v,則F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2 解得:v=1.6m/s; 棒在經(jīng)過P、Q點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律:2FN1-mgcos600-F安1cos300=mv2R 解得FN1=0.2N 棒在平衡位置的速度最大,此位置的與圓心的連線與豎直方向的夾角為tanα=F安1mg

12、=3,則α=600, 則棒能上升的最高點(diǎn)應(yīng)該關(guān)于平衡位置對稱,則棒能上升的最大高度為h=R(1+cos600)=12cm 一、多選題 1.【答案】C 【解析】法拉第認(rèn)為電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場,并創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”,A正確;奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在著磁場,B正確;自然界中有兩種電荷,但不是庫侖命名的,C錯(cuò)誤;牛頓進(jìn)行了“月-地檢驗(yàn)”,得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論,D正確. 2.【答案】A 【解析】磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定的,其大小和方向是唯一確定的,與通電導(dǎo)線無關(guān),人們通常用通電導(dǎo)線在磁場中某點(diǎn)的受力來探究磁場的強(qiáng)弱,如果將這

13、根通電導(dǎo)線拿走,那該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍然是不變的,選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場,通電導(dǎo)線不受安培力的地方也可能存在磁場,例如當(dāng)導(dǎo)線和磁場方向平行時(shí),導(dǎo)線受磁場力為零,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定的,與導(dǎo)線所受的安培力F和IL無關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 3.【答案】AD 【解析】根據(jù)右手螺旋法則,導(dǎo)線周圍的磁場的磁感線,是圍繞導(dǎo)線形成的同心圓,3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都向下,則合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下的;由B=kIL 3I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下,而I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向上,因3I導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場較大,則合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向下,

14、因此a點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同,故A正確,B錯(cuò)誤;3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL,而3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L,則a點(diǎn)和b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為16:1,故C錯(cuò)誤,D正確。 4.【答案】A 【解析】電直導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,由于從線圈這面穿過,又從這面穿出,則穿過線框的磁感線的條數(shù)為零,磁通量為零,故A正確,BCD錯(cuò)誤。 5.【答案】C 【解析】根據(jù)題意可知,結(jié)合右手螺旋定則可得,線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外,而外部則垂直向里,凈磁通量向外,故C正確,D錯(cuò)誤;磁通量可看成穿過線圈的磁感線

15、條數(shù),由于線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外,而外部則垂直向里,當(dāng)線圈的面積越大時(shí),則相互抵消的越多,因此穿過線圈B的磁通量最大,線圈C的磁通量最小,故A、B錯(cuò)誤。 6.【答案】B 【解析】扁圓柱形磁鐵上端為S極,下端為N極,周圍磁感線由上往下斜穿入線框內(nèi)部,而電流的方向是從正極到負(fù)極,即電流方向是向下的,根據(jù)左手定則右邊的線框受到向里的安培力,左邊的導(dǎo)線框受到向外的安培力,所以從俯視的角度上觀察,線框應(yīng)該逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),故A、D錯(cuò),B對;根據(jù)能量守恒知,電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率與回路中產(chǎn)生的熱量之和,故C錯(cuò)誤。 7.【答案】A 【解析】當(dāng)兩線圈電流相同時(shí),表現(xiàn)為相互吸引,電

16、流方向相反時(shí),表現(xiàn)為相互排斥,故當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí),兩者相互排斥,電流方向相反,當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí),兩者相互吸引,電流方向相同,A正確B錯(cuò)誤;線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對相互作用力,等大反向,C錯(cuò)誤;靜止時(shí),線圈II平衡,線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對平衡力,D錯(cuò)誤. 8.【答案】D 【解析】通電導(dǎo)線的有效長度為L=2r,故受到的安培力為F=BIL=2BIr,故選D。 9.【答案】D 【解析】矩形線圈abcd如圖所示放置,勻強(qiáng)磁場方向向左上方,平面水平放置時(shí)通過線圈的磁通量為Φ1=BSsin30°=12BS。當(dāng)規(guī)定此時(shí)穿過線圈為正面,則當(dāng)線圈繞a

17、d軸轉(zhuǎn)90°角時(shí),穿過線圈反面,則其的磁通量Φ2=?BScos30°=?32BS。因此穿過線圈平面的磁通量的變化量為△Φ=Φ2?Φ1=?32BS?12BS=?3+12BS。故選D。 10.【答案】BC 【解析】加上導(dǎo)線c后,a受到的磁場力如圖所示,a受到的合磁場力仍為F,則受到c給的磁場大小也為F,與b給的磁場力夾角為120°,故合力為Fa=F,因?yàn)閍bc正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形,所以c給b的磁場力大小為F,c受到的磁場力如圖所示,根據(jù)平行四邊形定則可得b受到的磁場力Fb=2Fcos30°=3F,根據(jù)牛頓第三定律可得,c受到的a、b給的磁場力如圖所示,根據(jù)平行四邊形定則可得Fc=F,BC正確

18、. 二、解答題 11.【解析】(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I(R+r)=U 解得:R=UI-r; (2) 根據(jù)平衡條件,有:mg=2nBIL, 解得:B=mg2nIL。 12.【解析】(1)若磁場方向豎直向上,從a向b觀察,導(dǎo)線受力情況如圖所示,由平衡條件得: 在水平方向上:F-FNsinθ=0 在豎直方向上:mg-FNcosθ=0 其中F=BIL 聯(lián)立以上各式可解得:B=mgtanθIL; (2) 若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,則一方面應(yīng)使磁場方向與通電導(dǎo)線垂直,另一方面應(yīng)調(diào)整磁場方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小,如圖所示,由力的矢量三角形討論可知,當(dāng)安培力方向與支持力垂直時(shí),安培力最小,對應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,設(shè)其值為Bmin,則: BminIL=mgsinθ, 解得:Bmin=mgsinθIL 根據(jù)左手定則判定知,該磁場方向垂直于斜面向上。 9

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