1、第1讲磁场的描述磁场对电流的作用A组基础过关1.(多选)指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针,下列说法正确的是()A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转答案BC任何磁体均具有两个磁极,故A错。指南针之所以能指向南北,是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用,这说明地球具有磁场,故B正确。放在指南针附近的铁块被磁化后,反过来会影响指南针的指向,故C正确。在指南针正上方附近沿指针方向放置的通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用,会使指南针发生偏转,故
2、D错。2.下列关于磁感应强度的说法中正确的是()A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B.小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C.通电导线在磁感应强度大的地方受磁场力一定大D.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处磁感应强度一定为零答案B磁场中某处磁感应强度的方向就是小磁针在此处时N极所受磁场力的方向或是小磁针静止时N极的指向,与通电导体放在该处所受磁场力的方向不同,A错,B对。通电导线在磁场中的受力大小与磁感应强度大小和它与磁场的相对位置都有关系,C错。一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,可能是由于该处的磁感应强度为零,也可能是由于导线平行
3、磁场方向放置,D错。3.(2019湖北孝感质检)磁场中某区域的磁感线如图所示,则()A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaBbB.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaBbC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小答案B因在磁场中,磁感线的疏密程度反映磁场的强弱,故BaBb,选项A错误,B正确;同一通电导线,如果垂直放入磁场中,则在a处受力一定比在b处受力小,但如果通电导线与磁场不垂直放置,受力情况无法判断,故C、D均错误。4.如图所示,长为2l的直导线折成长度相等、夹角为60的V形,并置于与其所在平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,
4、当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为()A.0B.0.5BIlC.BIlD.2BIl答案C通电导线的有效长度为2l sin 30=l,所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl,选C。5.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将()A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.在纸面内平动答案B根据“同向电流相吸,异向电流相斥”可知,从左向右看,线圈L1将顺时针转动。6.如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平
5、面,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的运动情况是()A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动答案A将环形电流等效成一条形磁铁,根据异名磁极相互吸引知,线圈将向左运动,选项A正确。也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流,根据结论“同向电流相吸引,反向电流相排斥”,可判断出线圈向左运动。7.质量为m、长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上,整个装置处于竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中,直导体棒中通有恒定电流,平衡时导体棒与圆心的连线与竖直方向成60角,其截面图如图所示。则下列关于导体棒中的电流分析正确的是()A.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为3mg
6、BLB.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为3mg3BLC.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为3mgBLD.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为3mg3BL答案C导体棒受到竖直向下的重力、斜向上的弹力,要使导体棒平衡,应受水平向右的安培力,重力和安培力的合力与弹力大小相等、方向相反,由平衡条件有tan 60=BILmg=3,得导体棒中电流I=3mgBL,再由左手定则可知,导体棒中电流的方向应垂直纸面向里,故只有C正确。8.(多选)有半径为R的导电圆环处于某一发散的磁场中,其环面的对称轴MN沿竖直方向,该磁场中与圆环相交的磁感线反向延长后交于对称轴上的某点,且与对称轴成角,圆环上各点的磁感应强度B大小相等
7、,若圆环上载有如图所示的恒定电流I,则()A.导电圆环所受的安培力的方向竖直向下B.导电圆环所受的安培力的方向竖直向上C.导电圆环所受的安培力的大小为2BIRD.导电圆环所受的安培力的大小为2BIR sin 答案BD将导电圆环分成很多小的电流元,任取一小段电流元为研究对象,把磁场分解成水平方向和竖直方向的两个分量,结合对称性知所有电流元在竖直方向的分磁场作用下所受的安培力的合力为零,在水平方向的分磁场作用下所受的安培力的合力为F=BIL=2BIR sin ,方向为竖直向上,选项B、D正确。9.(多选)如图所示,在倾角为的光滑斜面上,垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,当通以图示方向电流
8、I时,欲使导体棒静止在斜面上,可加一平行于纸面的匀强磁场,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中,下列说法中正确的是()A.此过程中磁感应强度B逐渐增大B.此过程中磁感应强度B先减小后增大C.此过程中磁感应强度B的最小值为mgsinILD.此过程中磁感应强度B的最大值为mgtanIL答案AC导体棒受重力、支持力和安培力作用而处于平衡状态,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中,安培力由沿斜面向上转至竖直向上,画出导体棒受力分析图如图所示,可知此过程中安培力逐渐增大,则磁感应强度B应逐渐增大,A对,B错;当外加磁
9、场的磁感应强度垂直斜面向上时安培力最小,有 sin =F安minmg,则此过程中磁感应强度B的最小值为mgsinIL,C对;当外加磁场的磁感应强度水平向左时安培力最大,有F安max=mg,则此过程中磁感应强度B的最大值为mgIL,D错。10.(多选)(2018山东实验中学模拟)如图所示,在竖直向下的匀强磁场中有两根水平放置的平行粗糙导轨CD、EF,导轨上放有一金属棒MN。现从t=0时刻起,在棒中通以由M到N方向的电流且电流与时间成正比,即I=kt,其中k为常量,金属棒与导轨始终垂直且接触良好。下列关于棒的速度、加速度随时间t变化的关系中,可能正确的是()答案BD考虑到粗糙导轨与金属棒间存在摩擦
10、力,需要安培力达到一定数值,棒才开始运动,由牛顿第二定律有BIL-f=ma,即BLkt-f=ma,由关系式可以看出,A错误、B正确;由于加速度逐渐增大,速度-时间图像中切线的斜率要逐渐增大,C错误,D正确。11.(多选)如图所示,有一根质量为m、长度为d的通有垂直纸面向里的电流I的导体棒,被长度为L的轻质绝缘细线悬挂在天花板上,在此空间加上竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B=3mg3Id,若保持导体棒中的电流I始终不变,则()A.细线偏离竖直方向的夹角最大为30B.细线偏离竖直方向的夹角最大为60C.在导体棒摆动过程中细线上的拉力最大为2(3-1)mgD.在导体棒摆动过程中细线上的拉
11、力最大为(12+3)mg6答案BC导体棒经过平衡位置时(类比重力场)速度最大,细线与竖直方向的夹角设为,则有BId=mg tan ,解得=30,根据对称性可知细线与竖直方向的夹角最大为2=60,选项A错,B对;类比重力场可知,导体棒经过平衡位置时细线上的拉力最大,设为Fm,重力和安培力的合力为F=mgcos,经过平衡位置时导体棒的速度大小设为v,应用动能定理有FL(1-cos )=12mv2,由牛顿第二定律有Fm-F=mv2L,解得Fm=2(3-1)mg,选项C对,D错。B组能力提升12.(多选)(2017课标,21,6分)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆
12、包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将()A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉答案AD本题考查安培力、电路,考查学生的推理能力、实验能力。要使线圈在磁场中开始转动,则线圈中必有电流通过,电路必须接通,故左右转轴下侧的绝缘漆都必须刮掉;但如果上侧的绝缘漆也都刮掉,当线圈转过180时,靠近磁极的导线与开始时靠近
13、磁极的导线中的电流方向相反,受到的安培力相反,线圈向原来的反方向转动,线圈最终做往返运动,要使线圈连续转动,当线圈转过180时,线圈中不能有电流通过,依靠惯性转动到初始位置再接通电路即可实现连续转动,故左、右转轴上侧的绝缘漆不能都刮掉,故选项A、D正确。13.(多选)如图是 “电磁炮”模型的原理结构示意图。光滑水平金属导轨M、N的间距L=0.2 m,电阻不计,在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小B=100 T。装有弹体的导体棒ab垂直放在导轨M、N上的最左端,且始终与导轨接触良好,导体棒ab(含弹体)的质量m=0.2 kg,在导轨M、N间部分的电阻R=0.8 ,可控电源的内阻r=0.2
14、 。在某次模拟发射时,可控电源为导体棒ab提供的电流恒为I=4103 A,不计空气阻力,导体棒ab由静止加速到4 km/s后发射弹体,则()A.导体棒ab所受安培力大小为1.6105 NB.光滑水平导轨的长度至少为20 mC.该过程系统产生的焦耳热为3.2106 JD.该过程系统消耗的总能量为1.76106 J答案BD导体棒ab所受安培力大小为F=BIL=8104 N,选项A错误;导体棒ab由静止加速到4 km/s,由动能定理知Fx=12mv2,则水平导轨长度至少为x=mv22F=20 m,选项B正确;导体棒ab做匀加速运动,由F=ma、v=at,解得该过程需要的时间t=0.01 s,则该过程
15、中系统产生的焦耳热Q=I2(R+r)t=1.6105 J,选项C错误;该过程导体棒ab(含弹体)增加的动能Ek=12mv2=1.6106 J,系统消耗的总能量E=Ek+Q=1.76106 J,选项D正确。14.(2019山西运城质检)利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度B。用绝缘轻质丝线把底边长为L、电阻为R、质量为m的“”形线框固定在力敏传感器的挂钩上,并用轻质导线连接线框与电源,电源内阻不计,电压可调,导线的电阻忽略不计。当外界拉力F作用于力敏传感器的挂钩上时,力敏传感器会显示拉力的大小F。当线框接入恒定电压为E1的电源时,力敏传感器显示拉力的大小为F1;当线框接入恒定电压为E2的电源
16、时,力敏传感器显示拉力的大小为F2。下列说法正确的是()A.当线框接入恒定电压为E1的电源时,其所受安培力为F1B.当线框接入恒定电压为E2的电源时,力敏传感器显示的拉力大小为线框所受安培力与重力之差C.待测磁场的磁感应强度B的大小为(F1-F2)R(E2-E1)LD.待测磁场的磁感应强度B的大小为(F1-F2)R(E1-E2)L答案D当线框接入电压恒定的电源时,力敏传感器显示的拉力大小等于线框所受安培力与重力之和,选项A、B错误;当线框接入恒定电压为E1的电源时,力敏传感器显示的拉力大小为F1=BLE1R+mg,同理,当线框接入恒定电压为E2的电源时,力敏传感器显示的拉力大小为F2=BLE2R+mg,联立以上两式解得B=(F1-F2)R(E1-E2)L,选项C错误,选项D正确。