微專題44磁場的疊加

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1、微專題 44 磁場的疊加 【核心考點提示】 磁場的疊加原理: 磁場的疊加體現(xiàn)在磁感應強度的疊加,而磁感應強度為矢量,疊加時遵 循平行四邊形或三角形定則。 【經(jīng)典例題選講】 【例題】(2017?全國卷III)如圖,在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導線P和Q 垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為人在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流 I時,紙面內(nèi)與兩導線距離均為l的Q點處的磁感應強度為零。如果讓P中的電流反向、其 他條件不變,則a點處磁感應強度的大小為(C ) A.0 B. 0 C. 2 3八 3 Bo D.2B0 [解析]導線P和Q中電流I均向里時,設

2、其在a點產(chǎn)生的磁感應強度 大小BP=BQ=B1,如圖所示,貝9其夾角為60°,它們在a點的合磁場的 磁感應強度平行于PQ向右、大小為寸3B]。又根據(jù)題意Ba=0,則Bo =\'3B1,且Bo平行于PQ向左。若P中電流反向,則BP反向、大小不 變,BQ和BP大小不變,夾角為120°,合磁場的磁感應強度大小為B1'=B1(方向垂直PQ向 上、與B0垂直),a點合磁場的磁感應強度B=\;B0+B2=2_33B0,則ABD項均錯誤,C項 正確。 【變式】(2018?福建漳州聯(lián)考)如圖所示,等邊三角形ACD的三個頂點處分別有垂直于紙面 的長直導線,三處的導線都通以大小為I的電流,方向如圖所示,O為三

3、角形外接圓的圓心。 已知通電直導線周圍空間某點的磁感應強度B=kr,其中r為該點到導線的垂直距離。當只 有A、D處導線中通有電流時,它們在O處產(chǎn)生的磁感應強度為B0;則當A、D、C三處導 線都通有電流時,三根導線在O處產(chǎn)生的磁感應強度為(D) C.2B0 2 3 D?寸 Bo [解析]分別作出A、D處兩根導線在O點的磁感應強度方向,大小均設為B1,則合磁感應 強度B J2B]COs3O°=V3B]=B0,而三根導線共同在O處產(chǎn)生的磁感應強度應為B"=2Bi, 所以B〃=如尹,D正確,A、B、C錯誤。 【例題】(2016?湖南師大附中月考)如圖所示,兩根平行放置、長度均為L的直導線a和

4、b, 放置在與導線所在平面垂直的勻強磁場中,當a導線通有電流強度為/、b導線通有電流強 度為2/,且電流方向相反時,a導線受到的磁場力大小為件,b導線受到的磁場力大小為 F2,則a通電導線的電流在b導線處產(chǎn)生的磁感應強度大小為( ) d D. IL C2F1—F2 C - 2/L 【解析】a、b導線中電流方向相反,兩導線之間的磁場力為斥力,設大小為F,對a有F1 =F+BIL,對 b 有 F=F+2BIL,解得 F=2F1-F2,對于導線 b, F=2F~F=B^2IL,解 2F -F 得B'=芬廠,故C正確。 【答案】 C 【變式】【黑龍江省哈爾濱市第六中學

5、2017屆高三上學期期中考試】如圖所示,兩根長直 導線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中,O為M、N連線中點,連線上a、b 兩點關于O點對稱。導線均通有大小相等、方向向上的電流。已知長直導線在周圍產(chǎn)生的 磁場的磁感應強度b』,式中k是常數(shù)、I是導線中電流、r為點到導線的距離。一帶正電 r 的小球以初速度v0從a點出發(fā)沿連線運動到b點。關于上述過程,下列說法正確的是 C.小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大 B.小球先做加速運動后做減速運動 D.小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃? 【答案】AD 【解析】根據(jù)右手螺旋定則可知直線M處的磁場方向垂直于MN向里,直線N處的磁場方 向垂直于M

6、N向外,磁場大小先減小過O點后反向增大,根據(jù)左手定則可知,帶正電的小 球受到的洛倫茲力方向開始上的方向向上,過O得后洛倫茲力的方向向下.由此可知,小 球?qū)⒆鰟蛩僦本€運動,小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃?,故BC錯誤,AD正確.故選AD. 【鞏固習題】 1?分別置于a、b兩處的長直導線垂直紙面放置,通有大小相等的恒定電流,方向如圖2所 示,a、b、c、d在一條直線上,且ac=cb=bd.已知c點的磁感應強度大小為B1, d點的磁 感應強度大小為B2?若將b處導線的電流切斷,貝% ) ?——生…—?…—出 u c b d A. c點的磁感應強度大小變?yōu)?B], d點的磁感應強度大小變?yōu)?B]

7、—B2 B. c點的磁感應強度大小變?yōu)镮B], d點的磁感應強度大小變?yōu)?B2—B] C. c點的磁感應強度大小變?yōu)锽]—B2, d點的磁感應強度大小變?yōu)?巧一B2 D. c點的磁感應強度大小變?yōu)锽]—B2, d點的磁感應強度大小變?yōu)閊-B] 【解析】c點的磁場是分別置于a、b兩處的長直導線中的電流產(chǎn)生的.由安培定則可知分 B 別置于a、b兩處的長直導線在c點產(chǎn)生的磁場方向相同,磁感應強度大小均為寸?由對稱性 可知,b處的長直導線在d點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小為B1,方向向下.a處的長直導 線在d點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小烤—B2,方向向上?若將b處導線的電流切斷,則c點的磁感

8、應強度大小變?yōu)槿?,d點的磁感應強度大小變?yōu)?B-B2,選項A正確. 【答案】A 2.(2016?湖北仙桃高三一檢)如圖所示,完全相同的甲、乙兩個環(huán)形電流同軸平行放置,甲的 圓心為O],乙的圓心為O2,在兩環(huán)圓心的連線上有a、b、c三點,其中aO1 = O1b = bO2= O2c,此時a點的磁感應強度大小為B], b點的磁感應強度大小為B2。當把環(huán)形電流乙撤去 后,c點的磁感應強度大小為() a * 甲 己 (\ (\ A. B2-B] B. B\-B C. B2-b DB 【解析】對于圖中單個環(huán)形電流,根據(jù)安培定則,其在中軸線上的磁場方向均是

9、向左,故c 點的磁場方向也是向左的。設aO1 = O]b = bO2=O2c=r,設單個環(huán)形電流在距離中點r位置 的磁感應強度為B1r,在距離中點3r位置的磁感應強度為B3r,a點磁感應強度:B1=B1r+ B3r,b點磁感應強度:B2=B1r+B1r,當撤去環(huán)形電流乙后,c點磁感應強度Bc=B3r=B1-12, 故 B 正確。 【答案】 B 3?如圖所示,一根通電直導線垂直放在磁感應強度為1 T的勻強磁場中,在以導線截面的中 心為圓心,半徑為r的圓周上有a、b、c、d四個點,已知a點的實際磁感應強度為零,則 下列敘述正確的是( ) A. 直導線中的電流方向垂直紙面向外 B. b點

10、的磁感應強度為-邁T,方向斜向右上方,與B的夾角為45。 C. c 點的實際磁感應強度也為零 D. d點的實際磁感應強度跟b點的相同 【答案】 B 4. (2018?山東省濰坊市高三上學期期末試題)如圖所示,a、b、c、d為圓O上的四個點,直 徑ac、bd相互垂直,兩根長直導線垂直圓面分別固定在b、d處,導線中通有大小相等,垂 直紙面向外的電流,關于a、O、c三點的磁感應強度,下列說法正確的是() A. 都為零 B. O 點最大 C. a、c 兩點方向相反 D. a、c 兩點方向相同 [解析]根據(jù)右手螺旋定則,d處導線在O點產(chǎn)生的磁場方向水平向左,b處導線在O點產(chǎn) 生的磁場方

11、向水平向右,合成后磁感應強度等于0. d在c處產(chǎn)生的磁場方向垂直于cd偏左 上, b在c處產(chǎn)生的磁場方向垂直bc偏右上,則根據(jù)平行四邊形定則,知c處的磁場方向 豎直向上;同理可知,a處的磁場方向豎直向下;則選項C正確,ABD錯誤.故選C。 5. 三根平行的長直導線,分別垂直地通過一個等腰直角三角形的三個頂點,三導線中電流方 向相同,力、E兩導線中的電流大小相同,如圖3所示,已知導線A在斜邊中點O處所產(chǎn)生 的磁場的磁感應強度大小為導線C在斜邊中點O處所產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小為 25則O處的磁感應強度的大小和方向為( ) A. 大小為方向沿OA方向 B. 大小為2J25,方向豎直向下

12、 C. 大小為25,方向沿OB方向 D. 大小為25,方向沿OA方向 【解析】由安培定則知導線A、B在O處所產(chǎn)生的磁感應強度大小相等,方向相反,相互抵 消,所以O處的磁感應強度即為導線C所產(chǎn)生的磁感應強度,即大小為2B,由安培定則可 判定其方向沿OA方向,A、B、C錯,D對. 【答案】 D 6. (2016?紹興市聯(lián)考)圖5中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導線,其橫截面位于正方 形的四個頂點上,導線中通有大小相同的電流,方向如圖所示.一帶正電的粒子從正方形中 心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是() A?向上 B.向下 C.向左 D.向右 【

13、解析】b、d兩根導線在O點產(chǎn)生的磁場相互抵消,a、c兩根導線在O點產(chǎn)生的磁場方向 均為水平向左,再根據(jù)左手定則,帶正電的粒子垂直于紙面向外運動所受洛倫茲力方向向下 選項B正確. 答案】 B 7. (2017?全國卷I )(多選)如圖,三根相互平行的固定長直導線L]、L2和L3兩兩等距,均通 有電流/, L]中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反,下列說法正確的是() A. L]所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B. L3所受磁場作用力的方向與L]、L2所在平面垂直 C. l2和l3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1 : 1 : V3 D. L「L2和L3單位長

14、度所受的磁場作用力大小之比為V3 :品:1 [解析]由安培定則可判斷出L2在L]處產(chǎn)生的磁場(B21 )方向垂直L]和L2的連線豎直向上, L3在L]處產(chǎn)生的磁場(B31)方向垂直L]和L3的連線指向右下方,根據(jù)磁場疊加原理,L3和 L2在L1處產(chǎn)生的合磁場(B合])方向如圖1所示,根據(jù)左手定則可判斷出L1所受磁場作用力 的方向與L2和L3的連線平行,選項A錯誤;同理,如圖2所示,可判斷出L3所受磁場(B合 3)作用力的方向(豎直向上)與L]、L2所在的平面垂直,選項B正確;同理,如圖3所示,設 一根長直導線在另一根導線處產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小為B,根據(jù)幾何知識可知,B合, 合1 =B,

15、B合2=B,B合3 = \Nb,由安培力公式可知,L]、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大 小與該處的磁感應強度大小成正比,所以L]、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比 為1 : 1 : V3,選項C正確,D錯誤。 8. (2016?江南十校聯(lián)考)由相關電磁學理論可以知道,若圓環(huán)形通電導線的中心為O,環(huán)的半 徑為人,環(huán)中通以電流為/,如圖甲所示,環(huán)心O處的磁感應強度大小B七,其中曲為 真空磁導率。若P點是過圓環(huán)形通電導線中心O點的軸線上的一點,且距O點的距離是x, 如圖乙所示。有可能您不能直接求得P點處的磁感應強度B,但您能根據(jù)所學的物理知識判 斷出以下有關P點磁感應強度B的

16、表達式是() A. (R2+X2) B b ———— ? P 2 (R2+X2) C. Bp=〒 3 (R2+X2)2 D. BPp R3I (R2+X2) 【解析】當x=0,而P位于O點時,磁感應強度應為2°?R,把x=0代入選項的四個表達式 中,可知 A 項正確。 【答案】 A 9. (2016?株洲質(zhì)檢)如圖所示,真空中相距l(xiāng)的兩點電荷+g和一g繞連線上的一點O以相同 角速度3在水平面內(nèi)沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,O點距離+g為f。已知半徑為R、電流為I 的通電圓環(huán)在圓心處的磁感應強度大小為B=^,常量曲為真空磁導率。則O點的磁感應 強度( ) 呼衛(wèi)―—弓)

17、A. 大小為鏟,方向豎直向上 B. 大小為3費3',方向豎直向下 c大小為“8驢,方向豎直向上 D.大小為儼,方向豎直向下 【解析】等效電流i=T=g33,兩等效電流在o點處產(chǎn)生的磁感應強度:B]=衛(wèi)寧勞,根據(jù) 2x3 安培定則,B1方向豎直向上;B2=弋詁23,根據(jù)安培定則,B2方向豎直向下??偟拇鸥袘?2虧 強度B1-B2=^32,方向與B1方向相同,A項正確。 【答案】 A 10. 如圖,兩根平行長直導線相距21,通有大小相等、方向相同的恒定電流;a、b、c是導線 所在平面內(nèi)的三點,左側(cè)導線與它們的距離分別為|、l和31?關于這三點處的磁感應強度, 下列判斷正確的是

18、( ) A. a處的磁感應強度大小比c處的小 B.b、 c 兩處的磁感應強度大小相等 C. a、 c 兩處的磁感應強度方向相同 D. b 處的磁感應強度為零 【解析】a、c兩點的磁感應強度是兩導線電流產(chǎn)生的合磁感應強度,由于a點比c點距離 兩導線近,所以a點的磁感應強度比c點的大,A錯誤.根據(jù)安培定則知,a、c兩處磁感 應強度方向相反,C錯誤"點位于兩導線中間,兩導線在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小相等、 方向相反,合磁感應強度為零,c處磁感應強度不為零,D正確,B錯誤. 【答案】 D 11. (2016?河南洛陽高三聯(lián)考)歐姆在探索通過導體的電流和電壓、電阻關系時,因無電源和 電流表

19、,他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電動勢代替電源,用小磁針的偏轉(zhuǎn)檢測電源,具體 做法是:在地磁場作用下處于水平靜止的小磁針上方,平行于小磁針水平放置一直導線,當 該導線中通有電流時,小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn);當通過該導線電流為I時,小磁針偏轉(zhuǎn)了 30°, 問當他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了 60°,通過該直導線的電流為(直導線在某點產(chǎn)生的磁場與通過直導 線的電流成正比)( ) A^'3I B. 2I C. 3I D.無法確定 【解析】當通過電流為/,根據(jù)題意可知:地磁場、電流形成磁場、合磁場之間的關系為: 當夾角為30°時,有B=kI=B^tan 30°,當夾角為60°時,有B=kT=B^tan 60°,解得,

20、I 1 地 2 地 12. (2018?江西南昌檢測)如圖所示,兩根長直導線a和b平行放置,分別通有大小為/、2I 的電流,電流方向相反,此時導線b受到的磁場力大小為F。當加入一與導線所在于面垂直 的勻強磁場后,導線b受到的磁場力為零,則此時a受到的磁場力大小為( ) 21 A F A. 2 B. F 小3F C.亍 D. 2F [解析] 電流方向相反的通電導線相互排斥,導線 b 受到向下的磁場力大小為 F,a 受到向 上的磁場力為F,當加上勻強磁場后,導線b受到勻強磁場的作用力向上且大小為F, a受 FF 到勻強磁場的作用力向下且大小為2,所以a受到的合力為2,方向向上,故A項正確,B、 C、D 項錯誤。

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