高考物理一轮复习 专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力（测）（含解析）.doc

专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力【满分：110分 时间：90分钟】一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中. 18题只有一项符合题目要求； 912题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)1现有一段长l0.2 m、通有电流i2.5 a的直导线，则关于此导线在磁感应强度为b的磁场中所受磁场力f的情况，下列说法正确的是： （ ）a如果b2t，则f一定为1 n b如果f0，则b也一定为零c如果b4t，则f有可能为2 n d当f为最大值时，通电导线一定与b平行【答案】c【解析】如果导线放置方向和磁场方向平行，则磁场对通电导线没有力的作用，b错误；当导线与磁场方向垂直方向时，有，此时磁场力最大，故ad错误c正确【名师点睛】学会运用计算安培力的大小，注意公式成立的条件是b与i相互垂直若不垂直则可将磁感应强度沿直导线与垂直导线两方向进行分解，则平行的没有安培力，垂直的安培力可用f=bil计算安培力的大小2关于电场线和磁感线，下列说法正确的是： （ ）a电场线和磁感线都是在空间实际存在的线b同一个电场电场线（或者同一个磁场的磁感线）有时可以相交c磁感线从磁体的n极发出，终止于s极d电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷【答案】d【名师点睛】此题考查了电场线和磁感线的性质；要知道电场和磁场是客观存在的物质，但是电场线和磁感线是假想的曲线；任意两条电场线会磁感线不能相交，磁感线是闭合的，电场线不是闭合的；电场线（磁感线）的疏密反映电场（磁场）的强弱，切线方向是电场（磁场）的方向.3在一根直导线上通以稳恒电流i，方向垂直指向纸外，且和匀强磁场b垂直，如图所示，则在图中圆周上，磁感应强度数值最大的点是： （ ）a. a点 b. b点 c. c点 d. d点【答案】c【名师点睛】该题考察了磁场的叠加问题要知道磁感应强度既有大小，又有方向，是矢量它的合成遵循矢量合成的平行四边形法则用安培定则首先确定通电直导线在abcd四点产生的磁场的方向，利用矢量的叠加分析叠加后磁场大小变化和方向，从而判断各选项 4两根相互靠近的长直导线1、2中通有相同的电流，相互作用力为f若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后，导线2所受安培力的合力恰好为零则所加磁场的方向是： （ ）a. 垂直纸面向里 b. 垂直纸面向外 c. 垂直导线向右 d. 垂直导线向左【答案】b【解析】当两根通大小相同方向相同的电流时，12两导线受到是引力，故2受到向左的安培力，故所加的磁场使导线受到的安培力向右，根据左手定则所加的磁场方向为垂直纸面向外，故b正确。【名师点睛】此题考查了电流之间的相互作用以及左手定则的应用问题；首先要知道两条通电导线通有同向电流时相互吸引，反向电流相互排斥；要能根据电流方向和所受的磁场力的方向用左手定则判断磁场的方向。注意不能把左右手定则混淆.5如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，o点为圆弧的圆心两金属轨道之间的宽度为0.5 m，匀强磁场方向如图，大小为0.5 t质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属轨道上的m点当在金属细杆内通以电流强度为2 a的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动已知n、p为导轨上的两点，on竖直、op水平，且mnop1 m，g取10 m/s2，则 ： （ ） a金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2b金属细杆运动到p点时的速度大小为5 m/sc金属细杆运动到p点时的向心加速度大小为10 m/s2d金属细杆运动到p点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 n【答案】d6光滑的平行导轨（图中粗线）与电源连接后，倾斜放置，导轨上放一个质量为m的金属导体棒。通电后，导体棒电流垂直纸面向外，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，下面四个图中分别加了不同方向的磁场，其中一定不能平衡的是： （ ）iiiibbbbabcd【答案】c【名师点睛】此题考查了左手定则的应用及物体的平衡问题；这类问题的解题思路和以前所学力学中物体平衡解题思路一样，只不过在受力分析时多了安培力，注意正确应用左手定则判断安培力的方向；注意三力平衡时三力的位置关系. 7如图所示，一个边长l、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为b的匀强磁场中。若通以图示方向的电流(从a点流入，从c点流出)，电流为i，则金属框受到的磁场力的合力为： （ ）a. 0 b. ilb c. ilb d. 2ilb【答案】b【解析】电流沿两条路通过，一条是沿abc，一条是沿ac，沿abc方向流出的电流受到的安培力为，沿ac方向流出的电流受到的安培力为，因为，所以，故b正确【名师点睛】关键是理解中的l是垂直磁场方向的有效长度，8如图所示，abcd四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，l,0)，(l，l,0)，(l,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流i，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是： （ ）aab边与bc边受到的安培力大小相等 bcd边受到的安培力最大ccd边与ad边受到的安培力大小相等 dad边不受安培力作用【答案】b【解析】根据f=bil可知，电流i是一定的，但bc边沿着b的方向放置，故它受到的磁场力为0，所以选项a错误；cd边与磁场方向垂直，则cd边的长度最大，所以它受到的安培力是大的，选项b正确；选项c错误；ad边与b的方向有一定的夹角，故它也受安培力的作用，选项d错误。9设在我国某实验室的真空室内，存在匀强电场e和可看作匀强磁场的地磁场b，电场与地磁场的方向相同，其中地磁场磁感线的分布图如图所示，地磁场的竖直分量和水平分量分别竖直向下和水平指北，今有一带电的小球以v的速度在此区域内沿垂直场强方向沿水平面做直线运动，则下列说法正确的是： （ ）a小球运动方向为自东向西b小球可能带正电c小球一定带负电d小球速度v的大小为【答案】ac【名师点睛】本题主要考查了磁感应强度、共点力作用下物体的平衡的综合应用。属于中等难度的题目。小球受到重力、电场力与洛伦兹力处于平衡状态，理解直线运动一定是匀速直线运动的理由：如果不是匀速运动，洛仑兹力是变力且与速度方向垂直，而重力和电场力是恒力，那么就会做曲线运动。掌握左手定则的内容注意构建正确的物理模型是解题的关键。10如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时： （ ）a磁铁对桌面的压力增大b磁铁对桌面的压力减小c桌面受到向右的摩擦力作用d桌面受到向左的摩擦力作用【答案】bd【名师点睛】本题主要考查了磁场对电流的作用、安培力、共点力作用下的平衡等综合应用。属于中等难度的题目。本题关键先对电流分析，得到其受力方向，先判断电流所在位置的磁场方向，然后根据左手定则判断安培力方向；再结合牛顿第三定律和平衡条件分析磁体的受力情况11如图所示，两根通电直导线用四根长度相等的绝缘细线悬挂于o、o两点，已知oo连线水平，导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角均为，保持导线中的电流大小和方向不变，在导线所在空间加上匀强磁场后绝缘细线与竖直方向的夹角均增大了相同的角度，下列分析正确的是： （ ）a两导线中的电流方向一定相同 b两导线中的电流方向一定相反c所加磁场的方向可能沿z轴正向d所加磁场的方向可能沿y轴负向xyzoo【答案】bc 【解析】根据平行同向电流互相吸引，反向电流互相排斥可以知道，两道线互相排斥，所以两导线中的电流方向一定相反，所以a错误，b正确；磁场的方向沿z轴正向，电流的方向沿x轴，根据左手定则可以判断受到的磁场力在水平方向上，所以c正确；若磁场的方向可能沿y轴负向，两根导线受到的磁场力都在竖直方向上，一个向上一个向下，它们的角度变化一个增加，有一个减小与题不符，所以d错误。【名师点睛】本题就是对左手定则的考查，利用左手定则判断出导线受到的磁场力的方向即可解答，同时要了解当两平行导线的电流方向相同时，相互吸引；相反时，相互排斥。导线在磁场中要受到安培力的作用，根据左手定则可以判断安培力的方向，再根据受力的方向判断夹角的变化情况12如图所示，一根长度l的直导体棒中通以大小为i的电流，静止放在粗糙导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为b，b的方向与竖直方向成角。下列说法中正确的是： （ ）a导体棒受到安培力大小为blisin b导体棒对轨道压力大小为c导体棒受到导轨摩擦力为 d导体棒受到导轨摩擦力为blicos【答案】bd【名师点睛】此题考查了安培力及物体的平衡问题；注意安培力的求解公式f= blisin ，其中的角是b与i的夹角；在求解摩擦力之前首先要看看是静摩擦力还是滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才能根据 求解，静摩擦力只能通过平衡知识或者牛顿定律求解. 二、非选择题（本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分）13（10分）如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为l，共n匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流i时，方向如图，在天平左右两盘各加质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向时（大小不变)，右盘再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡,试求（g=10m/s2）：（1)判定磁场的方向并推导磁感应强度的表达式（2)当l=0.1m； n=10； i=0.1a；m=910-3kg时磁感应强度是多少？【答案】（1) （2) 0.45t【解析】14（10分）mn、pq为水平放置的金属导轨，直导线ab与导轨垂直放置，导轨间距l=10cm，ab棒的电阻为0.4，导轨所在区域处在匀强磁场中，磁场方向竖直向下，磁感应强度b=0.2t。电池电动势e=1.5v，内电阻r=0.18，电阻r=1.6，开关s接通后直导线ab仍静止不动，求：（1）通过直导线ab的电流（2）直导线ab所受的摩擦力的大小和方向。【答案】（1）2.4a；（2）0.048n，方向水平向左【解析】（1）当开关闭合时，有：ab两端的电压为：通过ab的电流为：（2）导线所受的安培力为：f=biabl=0.22.40.1n=0.048n，方向向右；由平衡条件可得：f=0.048n，方向水平向左【名师点睛】本题借助安培力及闭合电路的欧姆定律考查了平衡条件的应用，关键是搞清电路的结构，明确等效电路图，利用串并联电路知识求出支路的电流大小；此题难度不大，意在考查学生灵活运用物理知识的能力. 15（15分）如图所示，两平行金属导轨间的距离l0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37 ，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度b0.50 t、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势e4.5 v、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r02.5 ，金属导轨电阻不计， g取10 m/s2.已知sin 370.60、cos 370.80。求：(1)导体棒受到的安培力；(2)导体棒受到的摩擦力；(3)若将磁场方向改为竖直向上，要使金属杆继续保持静止，且不受摩擦力作用，求此时磁场磁感应强度b2的大小 【答案】 0.3n，方向沿斜面向上；(2)0.06n；方向沿斜面向下； (3)0.5t。【解析】【名师点晴】该题的导体棒与导轨有一定接触电阻，这是比较新颖的，但其本质也相当于一个固定电阻；当磁场方向改变后，导体棒的安培力的方向也发生了相应的改变，认识这类问题时，最好画出其示意图来。16（15分）如图所示，两根足够长的直金属导轨mn、pq平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为l。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，且接触良好，整套装置处于匀强磁场中。金属杆ab中通有大小为i的电流。已知重力加速度为g。（1）若匀强磁场方向垂直斜面向下，且不计金属杆ab和导轨之间的摩擦，金属杆ab静止在轨道上，求磁感应强度的大小；（2）若金属杆ab静止在轨道上面，且对轨道的压力恰好为零，需在竖直平面内加一匀强磁场，说明该磁场的磁感应强度大小和方向应满足什么条件；（3）若匀强磁场方向垂直斜面向下，金属杆ab与导轨之间的