2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場 第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用作業(yè) 新人教版.doc

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第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用 [課時作業(yè)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單獨(dú)成冊　方便使用 [基礎(chǔ)題組] 一、單項(xiàng)選擇題 1．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力，下列說法正確的是(　　) A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線 B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向 C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān) D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话? 解析：根據(jù)左手定則可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，選項(xiàng)A錯誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場B的方向時，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場B的方向時，直導(dǎo)線受到的安培力最大，可見，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角有關(guān)，選項(xiàng)C錯誤；如圖所示，電流I和磁場B垂直，直導(dǎo)線受到的安培力F＝BIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力為F′＝BIL，選項(xiàng)D錯誤． 答案：B 2．(2017高考上海卷)如圖，一導(dǎo)體棒ab靜止在U形鐵芯的兩臂之間．電鍵閉合后導(dǎo)體棒受到的安培力方向(　　) A．向上　　　　　　　　 B．向下 C．向左 D．向右 解析：根據(jù)圖中的電流方向，由安培定則知U形鐵芯下端為N極，上端為S極，ab中的電流方向由a→b，由左手定則可知導(dǎo)體棒受到的安培力方向向右，選項(xiàng)D正確． 答案：D 3．(2018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(dǎo)線a和b，放置在與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)a導(dǎo)線通有電流大小為I、b導(dǎo)線通有電流大小為2I，且電流方向相反時，a導(dǎo)線受到的磁場力大小為F1，b導(dǎo)線受到的磁場力大小為F2，則a通電導(dǎo)線的電流在b導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為(　　) A.　　　　　　　　　 B. C. D. 解析：a、b導(dǎo)線中電流方向相反，兩導(dǎo)線之間的磁場力為斥力，設(shè)大小為F，對a有F1＝F＋BIL，對b有F2＝F＋2BIL，解得F＝2F1－F2，對于導(dǎo)線b，F(xiàn)＝2F1－F2＝B′2IL，解得B′＝，故C正確． 答案：C 4．如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度．下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方．線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)．若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是(　　) 解析：由題圖可知，A圖中線圈回路在磁場中的有效長度L最長，由F＝nBIL可知，磁場發(fā)生相同微小變化的前提下，A中安培力的變化量最大，最容易失去平衡，A正確． 答案：A 5．如圖所示，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌CD、EF間距為L，與電動勢為E0的電源相連，質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置構(gòu)成閉合回路，回路平面與水平面成θ角，回路其余電阻不計(jì)．為使ab棒靜止，需在空間施加的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及其方向分別為(　　) A.，水平向右 B.，垂直于回路平面向上 C.，豎直向下 D.，垂直于回路平面向下 解析：對金屬棒受力分析，受重力、支持力和安培力，如圖所示．由圖看出，當(dāng)安培力沿斜面向上時，有最小值，此時磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是垂直于回路平面向下．安培力的最小值FA＝mgsin θ，故磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值B＝＝，根據(jù)歐姆定律，有E0＝IR，故B＝.故選項(xiàng)D正確． 答案：D 二、多項(xiàng)選擇題 6．(2018河南重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示，將長度為L的直導(dǎo)線放置在y軸上，當(dāng)通以大小為I、沿y軸負(fù)方向的電流后，測得其受到的安培力大小為F、方向沿x軸正方向，則勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為(　　) A．沿z軸正方向，大小為 B．在xOy平面內(nèi)，大小為 C．在zOy平面內(nèi)，大小為 D．在zOy平面內(nèi)，大小為 解析：已知電流沿y軸負(fù)方向，安培力方向沿x軸正方向，根據(jù)左手定則結(jié)合選項(xiàng)判斷得知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在zOy平面內(nèi)，設(shè)磁場與導(dǎo)線的夾角為α，則0<α≤90，當(dāng)α＝90時，由F＝BILsin α可知，B有最小值為Bmin＝，當(dāng)0<α<90，B>，所以B＝和B＝是可能的，故A、B錯誤，C、D正確． 答案：CD 7．如圖所示，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為θ，則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為(　　) A．z軸正向，tan θ B．y軸正向， C．z軸負(fù)向，tan θ D．沿懸線向上，sin θ 解析：如果B方向沿z軸正向，則安培力方向沿y軸負(fù)向，直導(dǎo)線所受三力合力不可能為零，A錯誤；如果B方向沿y軸正向，則安培力方向豎直向上，當(dāng)安培力BIL＝mg時，可以平衡，此時B＝，B正確；如果B方向沿z軸負(fù)向，則安培力方向沿y軸正向，直導(dǎo)線所受三力平衡時安培力BIL＝mgtan θ，此時B＝tan θ，C正確；如果B方向沿懸線向上，則安培力方向垂直于細(xì)線的方向向內(nèi)，直導(dǎo)線所受三力不可能平衡，D錯誤． 答案：BC 8．(2018江西百校聯(lián)盟大聯(lián)考)如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌PQ、MN間距為L，與電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源相連，重力為G、電阻為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置構(gòu)成閉合回路，回路平面與水平面成θ角，回路其余電阻不計(jì)．現(xiàn)在加上勻強(qiáng)磁場使ab棒保持靜止，設(shè)回路中電流為I，則所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度(　　) A．大小可能為 B．最小為 C．若磁場豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D．若磁場水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 解析：當(dāng)金屬棒ab受到沿斜面向上的安培力來平衡重力分力Gsin θ時，所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小為，選項(xiàng)A錯誤，B正確；若磁場豎直向下，金屬棒受到的安培力水平向右，根據(jù)受力平衡有Gsin θ＝BILcos θ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝，故選項(xiàng)C錯誤；若磁場水平向右，金屬棒受到的安培力豎直向上，用以平衡重力，有G＝BIL，此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝，故選項(xiàng)D正確． 答案：BD [能力題組] 一、選擇題 9．(2018江蘇連云港模擬)如圖甲所示，一個條形磁鐵P固定在水平桌面上，以P的右端點(diǎn)為原點(diǎn)，中軸線為x軸建立一維坐標(biāo)系．一個靈敏的小磁針Q放置在x軸上不同位置，設(shè)Q與x軸之間的夾角為θ.實(shí)驗(yàn)測得sin θ與x之間的關(guān)系如圖乙所示．已知該處地磁場方向水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.下列說法正確的是 (　　) A．P的右端為S極 B．P的中軸線與地磁場方向平行 C．P在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 D．x0處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0 解析：當(dāng)x趨向無窮大時，小磁針?biāo)傅姆较驗(yàn)榈卮艌龅姆较?，所以根?jù)題圖可知，x趨向無窮大時，sin θ趨向1，則θ趨向90，即小磁針的方向與x軸的方向垂直，所以x軸正方向向東．當(dāng)x非常小時，小磁針的N極沿x軸正方向，即向東．由題圖甲可知，開始時小磁針N極背離O點(diǎn)，所以P右端的磁極是N極，故A錯誤；由以上的分析可知，P的中軸線沿東西方向，與地磁場方向垂直，故B錯誤；由題圖乙可知，x0處sin θ＝，則θ＝45，P在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小BP滿足tan 45＝，所以BP＝B0，C正確；x0處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝＝B0，故D錯誤． 答案：C 10.如圖所示，兩平行導(dǎo)軌ab、cd豎直放置在勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場方向豎直向上，將一根金屬棒PQ放在導(dǎo)軌上，使其水平且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸．現(xiàn)在金屬棒PQ中通以變化的電流I，同時釋放金屬棒PQ使其運(yùn)動．已知電流I隨時間變化的關(guān)系為I＝kt(k為常數(shù)，k>0)，金屬棒PQ與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)一定．以豎直向下為正方向，則下面關(guān)于金屬棒PQ的速度v、加速度a隨時間變化的關(guān)系圖像中，可能正確的是(　　) 解析：因?yàn)殚_始時金屬棒PQ加速度方向向下，與速度方向相同，做加速運(yùn)動，加速度逐漸減小，即做加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動，然后加速度方向向上，加速度逐漸增大，做加速度逐漸增大的變減速運(yùn)動，故A錯誤，B正確；根據(jù)牛頓第二定律得，金屬棒PQ的加速度a＝，f＝μN(yùn)＝μFA＝μBIL＝μBLkt，聯(lián)立解得加速度a＝g－，與時間成線性關(guān)系，故C錯誤；t＝0時刻無電流，無安培力，只有重力，加速度豎直向下，為正值，故D錯誤． 答案：B 11．(多選)有一根質(zhì)量為m、長度為d的通有水平向里的電流I的導(dǎo)體棒，被長度為L的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，在此空間加上豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝，若保持導(dǎo)體棒中的電流I始終不變，則(　　) A．細(xì)線偏離豎直方向的夾角最大為30 B．細(xì)線偏離豎直方向的夾角最大為60 C．在導(dǎo)體棒擺動過程中細(xì)線上拉力最大為2(－1)mg D．在導(dǎo)體棒擺動過程中細(xì)線上拉力最大為mg 解析：磁場方向豎直向下，導(dǎo)體棒受到水平向左的安培力，導(dǎo)體棒向左擺起，導(dǎo)體棒擺到最大高度時，由動能定理有BIdLsin θ－mgL(1－cos θ)＝0－0，解得θ＝60，A錯誤，B正確．當(dāng)導(dǎo)體棒處于平衡狀態(tài)時，根據(jù)平衡條件有BId＝ mgtan α，解得α＝30，類比重力場可知導(dǎo)體棒在經(jīng)過平衡位置時細(xì)線上拉力最大，設(shè)為Fm，重力和安培力的合力為F＝，經(jīng)過平衡位置時速度大小設(shè)為v，應(yīng)用動能定理有BIdLsin α－mgL(1－cos α)＝mv2，應(yīng)用向心力公式有Fm－F＝，解得Fm＝2(－1)mg，C正確，D錯誤． 答案：BC 二、非選擇題 12．(2016高考全國卷Ⅲ)某同學(xué)用圖中所給器材進(jìn)行與安培力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)．兩根金屬導(dǎo)軌ab和a1b1固定在同一水平面內(nèi)且相互平行，足夠大的電磁鐵(未畫出)的N極位于兩導(dǎo)軌的正上方，S極位于兩導(dǎo)軌的正下方，一金屬棒置于導(dǎo)軌上且與兩導(dǎo)軌垂直． (1)在圖中畫出連線，完成實(shí)驗(yàn)電路．要求滑動變阻器以限流方式接入電路，且在開關(guān)閉合后，金屬棒沿箭頭所示的方向移動． (2)為使金屬棒在離開導(dǎo)軌時具有更大的速度，有人提出以下建議： A．適當(dāng)增加兩導(dǎo)軌間的距離 B．換一根更長的金屬棒 C．適當(dāng)增大金屬棒中的電流 其中正確的是________(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號)． 解析：(1)實(shí)物連線如圖所示． (2)根據(jù)公式F＝BIL可得，適當(dāng)增加導(dǎo)軌間的距離或者增大電流，可增大金屬棒受到的安培力，根據(jù)動能定理得，F(xiàn)x－μmgx＝mv2，則金屬棒離開導(dǎo)軌時的動能變大，即離開導(dǎo)軌時的速度變大，A、C正確；若換用一根更長的金屬棒，但金屬棒切割磁感線的有效長度即導(dǎo)軌間的寬度不變，安培力F不變，棒的質(zhì)量變大，速度v＝變小，B錯誤． 答案：(1)圖見解析　(2)AC 13．(2018湖北武漢模擬)如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L＝0.5 m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m＝1 kg，電阻R0＝0.9 Ω，與導(dǎo)軌接觸良好；電源電動勢E＝10 V，內(nèi)阻r＝0.1 Ω，電阻R＝4 Ω；外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝5 T，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成α＝53角；ab與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，定滑輪摩擦不計(jì)，線對ab的拉力為水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知sin 53＝0.8，cos 53＝0.6.求： (1)通過ab的電流大小和方向； (2)ab受到的安培力大小和方向； (3)重物重力G的取值范圍． 解析：(1)由閉合電路歐姆定律可得，通過ab的電流I＝＝A＝2 A，方向由a到b； (2) ab受到的安培力F＝BIL＝520.5 N＝5 N，方向斜向左上方與水平方向成37角． (3) ab受力如圖所示，最大靜摩擦力fmax＝μ(mg－Fcos 53)＝3.5 N 由平衡條件得： 當(dāng)最大靜摩擦力方向向右時T＝Fsin 53－fmax＝0.5 N， 當(dāng)最大靜摩擦力方向向左時T＝Fsin 53＋fmax＝7.5 N 由于重物平衡，故T＝G 則重物重力的取值范圍為0.5 N≤G≤7.5 N. 答案：(1)2 A　方向由a向b (2)5 N　方向斜向左上方與水平面成37角 (3)0.5 N≤G≤7.5 N