《提分宝典》物理总复习练习：第26课 磁场 磁场对电流的作用

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第26课磁场磁场对电流的作用1．安培定则a．根据安培定则分析电流产生的磁场（1)（经典题，6分）下列几幅图中，由电流产生的磁场方向正确的是（）答案:B解析:通电直导线电流产生的磁场的方向，可以利用右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向,故A项错误。对于环形电流，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部中轴线磁场方向,故B项正确。从上往下看，线框的电流方向为顺时针方向，根据安培定则可知轴线上磁场的方向向下，故C项错误。电流方向上边垂直于纸面向里，下边垂直于纸面向外，则根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向左，故D项错误.b．利用安培定则判断磁场方向进而求解磁感应强度(2)（2017全国Ⅲ，6分)如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为(）A。0B.eq\f(\r（3）,3)B0C。eq\f（2\r(,3)，3)B0D。2B0答案：C解析：在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，则两导线在a点产生的磁感应强度与外加磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，如图(a）所示。则外加磁场的方向与PQ平行，由Q指向P,大小满足B1＝B0。根据几何关系有BPcos30°＝eq\f(1，2）B0，解得P或Q通电导线在a点的磁感应强度大小为BP＝eq\f(\r（3），3)B0。当P中电流反向，其他条件不变，通电导线在a点产生的磁感应强度如图(b)所示。根据几何关系有B2＝eq\f(\r(3),3)B0，且外加磁场不变，故在a点的磁感应强度大小为B＝eq\r(Beq\o\al（2，0）＋\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f（\r(3）,3）B0)）2）＝eq\f(2\r（,3)，3）B0，故C项正确。2．通电导线在磁场中受到的力a．用左手定则判断安培力的方向（3）（经典题，6分）如图所示，把一个重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通如图所示方向电流I时，导线将如何运动（从上往下看)（）A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升答案：A解析：在导线两侧取两小段，左侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向外，从上往下看，则导线顺时针转动,转动的过程中，导线所受的安培力方向向下,所以导线的运动情况为顺时针转动，同时下降,故A项正确。b．安培力F＝BIL中的L是指有效长度（4)(经典题，6分）如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里）垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示.导线abcd所受到的磁场的作用力的合力（）A．方向沿纸面向上，大小为(eq\r(2)＋1）ILBB．方向沿纸面向上，大小为（eq\r（2)－1）ILBC．方向沿纸面向下，大小为(eq\r(2)＋1）ILBD．方向沿纸面向下，大小为（eq\r(2)－1)ILB答案：A解析：导线abcd的有效长度为（eq\r(2）＋1)L，根据F＝BIL，可知导线受到的安培力大小为（eq\r（2)＋1)BIL，根据左手定则可以判断，导线受到的安培力沿纸面向上,故A项正确。3．安培力作用下导体的平衡及运动a．根据通电导体在磁场中受力平衡求参量（5）（2015全国Ⅰ，12分)如图所示,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0。1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0。5cm;闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量.答案：竖直向下（2分)0。01kg（10分）解析：根据题意，开关闭合后,电流方向从b到a，由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下.(2分）开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长量为Δl1＝0.5cm。根据胡克定律和力的平衡条件有2kΔl1＝mg①（2分)开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为F＝BIL②（2分）两弹簧各自再伸长了Δl2＝0.3cm,根据胡克定律和力的平衡条件有2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③(2分）根据欧姆定律有E＝IR④（2分）①②③④联立,代入数据解得m＝0.01kg(2分)b．通电导体在磁场中处于平衡状态需要满足的条件（6)(经典题,6分)有一金属棒ab，质量为m，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L,其平面与水平面的夹角为θ,置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属棒与轨道的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，回路中电源电动势为E，内阻不计(假设金属棒与轨道间动摩擦因数为μ），则下列说法正确的是（）A．若R＞eq\f(BEL,mgsinθ＋μmgcosθ），导体棒不可能静止B．若R＜eq\f(BEL，mgsinθ＋μmgcosθ)，导体棒不可能静止C．若导体棒静止，则静摩擦力的方向一定沿轨道平面向上D．若导体棒静止，则静摩擦力的方向一定沿轨道平面向下答案：B解析：根据闭合电路欧姆定律可得I＝eq\f（E,R)，当导体棒受到的摩擦力向上且刚好静止时，根据共点力平衡可得BIL＋μmgcosθ≥mgsinθ，解得R≤eq\f（BEL,mgsinθ－μmgcosθ)。当导体棒受到的摩擦力向下且刚好静止时，根据共点力平衡可得BIL≤μmgcosθ＋mgsinθ，解得R≥eq\f(BEL，mgsinθ＋μmgcosθ)。故电阻的范围在eq\f（BEL，mgsinθ＋μmgcosθ）≤R≤eq\f（BEL，mgsinθ－μmgcosθ)时，导体棒静止，故A项错误，B项正确.根据以上分析可知静摩擦力可能沿轨道平面向上，也可能沿轨道平面向下，也可能恰好为零，故C项、D项均错误。c．通电导体在磁场中做切割磁感线运动（7）(经典题,8分）“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快、效率高等优点.如图是“电磁炮"的原理结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0。2m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102T。“电磁炮”弹体总质量m＝0。2kg,其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4Ω,可控电源的内阻r＝0.6Ω，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是I＝4×103A,不计空气阻力。求：①弹体从静止加速到4km/s，轨道至少要多长；②弹体从静止加速到4km/s过程中，该系统消耗的总能量。答案:①20m(3分)②1.76×106J（5分)解析：①在导轨通有电流I时，弹体作为导体做切割磁感线运动,受到安培力的作用，有F＝ILB(1分）根据动能定理有Fx＝eq\f（1，2）mv2(1分）弹体从静止加速到v＝4km/s解得轨道至少需要的长度为x＝20m（1分）②弹体从静止加速到v＝4km/s过程中，根据牛顿第二定律有F＝ma(1分）根据运动学公式有v＝at(1分）根据焦耳定律，发射过程中产生的热量有Q＝I2(R＋r)t（1分)弹体的动能Ek＝eq\f（1，2)mv2系统消耗的总能量为E＝Ek＋Q（1分)解得E＝1.76×106J（1分)d．磁流体问题（8）(2018改编，8分）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图(a）是在平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成.如图(b)所示，通道尺寸a＝2。0m、b＝0。15m、c＝0。10m。工作时,在通道内沿z轴正方向加B＝8。0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6V;海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝0.20Ω·m。船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。答案：796.8N（6分)方向沿y轴正方向（向右）(2分)解析：