2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用學(xué)案（含解析）.doc

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第1講　磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用 主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活 知識(shí)點(diǎn)　　磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線?、? 1．磁場(chǎng) (1)基本特性：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。 (2)方向：小磁針靜止時(shí)N極所指的方向或小磁針N極的受力方向。 2．磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)物理意義：描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 (2)大?。築＝(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。 (3)方向：小磁針靜止時(shí)N極的指向。(即磁場(chǎng)方向就是B的方向) (4)B是矢量，合成時(shí)遵循平行四邊形定則。單位：特斯拉，符號(hào)T。 (5)電流元：物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL叫做電流元。 3．磁感線及其特點(diǎn) (1)磁感線：為了形象地描述磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些有方向的曲線，使曲線上各點(diǎn)的切線方向跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。 (2)特點(diǎn) ①磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 ②磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。 ③磁感線是閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)。 ④同一磁場(chǎng)的磁感線不中斷、不相交。 ⑤磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。 知識(shí)點(diǎn)　　電流的磁場(chǎng)及幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)?、? 1．電流的磁場(chǎng) (1)奧斯特實(shí)驗(yàn)：奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，首次揭示了電和磁的聯(lián)系。 (2)安培定則 ①通電直導(dǎo)線：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。 ②環(huán)形電流：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致，伸直的拇指所指的方向是環(huán)形電流中心軸線上磁感線的方向。 ③通電螺線管：讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)的方向。 (3)安培的分子電流假說(shuō) 安培認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于磁體的兩極。 2．幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng) (1)常見(jiàn)磁體的磁場(chǎng) (2)電流的磁場(chǎng) (3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等，方向處處相同的磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線為等間距的平行線，如圖所示。 (4)地磁場(chǎng) ①地磁場(chǎng)的N極在地理南極附近，S極在地理北極附近，磁感線分布如圖所示。 ②在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，且方向水平向北。 3．磁通量 (1)公式：Φ＝BS。 (2)單位：韋伯，符號(hào)：Wb。 (3)適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②S是垂直磁場(chǎng)并在磁場(chǎng)中的有效面積。 知識(shí)點(diǎn)　　磁場(chǎng)對(duì)電流的作用——安培力?、? 1．安培力的方向 (1)用左手定則判斷：伸開(kāi)左手，讓拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。 (2)安培力方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B、I決定的平面。 (3)推論：兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力——同向電流互相吸引，反向電流互相排斥。 2．安培力的大小 F＝BILsinθ(其中θ為B與I之間的夾角)。如圖所示： (1)I∥B時(shí)，θ＝0或θ＝180，安培力F＝0。 (2)I⊥B時(shí)，θ＝90，安培力最大，F(xiàn)＝BIL。 3．磁電式電流表的工作原理 磁電式電流表的原理圖如圖所示。 (1)磁場(chǎng)特點(diǎn) ①方向：沿半徑方向均勻輻射地分布，如圖所示； ②大?。涸诰噍S線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。 (2)安培力的特點(diǎn) ①方向：安培力的方向與線圈平面垂直； ②大?。喊才嗔Φ拇笮∨c通過(guò)的電流成正比。 (3)表盤(pán)刻度特點(diǎn) 導(dǎo)線在安培力作用下帶動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力越大，螺旋彈簧的形變?cè)酱?，所以指針偏角與通過(guò)線圈的電流I成正相關(guān)。由于線圈平面總與磁感線平行，所以表盤(pán)刻度均勻。 一 思維辨析 1．磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，跟放在該點(diǎn)的試探電流元的情況無(wú)關(guān)。(　　) 2．磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，跟放在該點(diǎn)的試探電流元所受磁場(chǎng)力的方向一致。(　　) 3．磁感線是客觀存在的，磁感線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(　　) 4．通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中，若不受安培力，說(shuō)明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。(　　) 5．垂直放置在磁場(chǎng)中的線圈面積減小時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量可能增大。(　　) 6．安培力可以做正功，也可以做負(fù)功。(　　) 答案　1.√　2.　3.　4.　5.√　6.√ 二 對(duì)點(diǎn)激活 1．(人教版選修3－1P85T1改編)有人根據(jù)B＝提出以下說(shuō)法，其中正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度B跟磁場(chǎng)力F成正比 B．磁感應(yīng)強(qiáng)度B與乘積IL成反比 C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B不一定等于 D．通電直導(dǎo)線在某點(diǎn)受磁場(chǎng)力為零，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零 答案　C 解析　磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝是用比值定義法定義的，它只表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，但磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場(chǎng)的固有性質(zhì)，與導(dǎo)體所受磁場(chǎng)力F及乘積IL等外界因素?zé)o關(guān)，A、B錯(cuò)誤；B＝是在導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直的情況下定義的，如果不垂直，設(shè)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向夾角為θ，則根據(jù)F＝BILsinθ得B＝，即B不一定等于，C正確；如果θ＝0，雖然B≠0，但F＝0，故D錯(cuò)誤。 2．(人教版選修3－1P90T3改編)(多選)如圖為通電螺線管，A為螺線管外一點(diǎn)，B、C兩點(diǎn)在螺線管的垂直平分線上，關(guān)于A、B、C三點(diǎn)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度最大處為A處，最小處為B處 B．磁感應(yīng)強(qiáng)度最大處為B處，最小處為C處 C．小磁針靜止時(shí)在B處和A處N極都指向左方 D．小磁針靜止時(shí)在B處和C處N極都指向右方 答案　BC 解析　通電螺線管的磁場(chǎng)分布類(lèi)似于條形磁鐵的磁場(chǎng)分布，畫(huà)出磁感線分布圖，可知B處磁感線最密，C處磁感線最疏，所以B處磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，C處最小，A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)安培定則可知，B處磁場(chǎng)向左，再根據(jù)磁感線的閉合性可知A處磁場(chǎng)向左，C處磁場(chǎng)向右，所以小磁針靜止時(shí)，在A、B處N極指向左方，在C處N極指向右方，C正確，D錯(cuò)誤。 3．(人教版選修3－1P94T1改編)下面的幾個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是(　　) 答案　C 解析　由左手定則知A、B錯(cuò)誤，C正確；D項(xiàng)中通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行，磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線沒(méi)有作用力，D錯(cuò)誤。 4．(人教版選修3－1P94T3)如圖所示為電流天平，可以用來(lái)測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長(zhǎng)為l，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時(shí)需要在左盤(pán)中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到新的平衡。 (1)導(dǎo)出用n、m、l、I計(jì)算B的表達(dá)式； (2)當(dāng)n＝9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝8.78 g時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？(g取10 m/s2) 答案　(1)B＝　(2)0.49 T 解析　(1)設(shè)左盤(pán)內(nèi)砝碼質(zhì)量為m1，右盤(pán)內(nèi)砝碼及線圈的總質(zhì)量為m2，由平衡條件得 m1g＝m2g－nBIl① 電流方向改變后，得 (m1＋m)g＝m2g＋nBIl② 由①②兩式相減得B＝。 (2)根據(jù)B＝代入數(shù)據(jù)，得 B＝0.49 T。 考點(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu) 考點(diǎn)1　安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加 1．安培定則的應(yīng)用：在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)方向時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。 2．磁場(chǎng)的疊加：磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則。 磁場(chǎng)疊加問(wèn)題的一般解題思路： (1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源，如通電直導(dǎo)線。 (2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn)，利用安培定則及其他已知條件判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向。如圖所示為M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 (3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中的合磁場(chǎng)。 例1　(2017全國(guó)卷Ⅲ)如圖，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí)，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為(　　) A．0 B．B0 C．B0 D．2B0 解題探究　(1)通電直導(dǎo)線周?chē)拇鸥芯€是如何分布的？ 提示：依據(jù)安培定則判斷磁感線是以導(dǎo)線為中心的同心圓。 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的合成遵循什么運(yùn)算定則？ 提示：平行四邊形定則。 嘗試解答　選C。 兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q在a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，設(shè)為B，方向如圖甲所示，此時(shí)a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則兩磁感應(yīng)強(qiáng)度的合磁感應(yīng)強(qiáng)度B合的大小等于B0，方向與B0相反，即B0的方向水平向左，此時(shí)B＝＝B0；讓P中的電流反向、其他條件不變，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q在a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B，方向如圖乙所示，則兩磁感應(yīng)強(qiáng)度的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向上，B與B0垂直，其合磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba＝ ＝B0，C正確。 總結(jié)升華 磁場(chǎng)的疊加和安培定則應(yīng)用的“三大注意” (1)根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周?chē)艌?chǎng)的方向時(shí)，注意直導(dǎo)線和環(huán)形導(dǎo)線存在的差異。 (2)磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向。 (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí)，合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。 [變式1]　(2018廣東高三4月測(cè)試)如圖，同一平面內(nèi)有兩根互相平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線M和N，通有等大反向的電流，該平面內(nèi)的a、b兩點(diǎn)關(guān)于導(dǎo)線N對(duì)稱(chēng)，且a點(diǎn)與兩導(dǎo)線的距離相等。若a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則下列關(guān)于b點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bb的判斷正確的是(　　) A．Bb>2B，方向垂直該平面向里 B．BbF2 D．F1F2，在水平方向上，由于F′有向左的分力，磁鐵壓縮彈簧，所以彈簧長(zhǎng)度變短，B、C正確。 2．兩條直導(dǎo)線相互垂直，如圖所示，但相隔一小段距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電流按如圖所示的方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，CD導(dǎo)線將(　　) A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB B．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)導(dǎo)線AB C．靜止不動(dòng) D．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB 答案　D 解析　分析出導(dǎo)線AB產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)橛疫M(jìn)左出，據(jù)左手定則可知：剛通入電流時(shí)，導(dǎo)線CD的左半邊受到向下的安培力，而其右半邊受到向上的安培力，所以導(dǎo)線CD將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，導(dǎo)線CD受到的安培力具有指向?qū)Ь€AB的分量，使得導(dǎo)線CD在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)靠近導(dǎo)線AB，D正確。 高考模擬 隨堂集訓(xùn) 1．(2018全國(guó)卷Ⅱ)(多選)如圖，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長(zhǎng)直絕緣導(dǎo)線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點(diǎn)，它們相對(duì)于L2對(duì)稱(chēng)。整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場(chǎng)中，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B0和B0，方向也垂直于紙面向外。則(　　) A．流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 B．流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 C．流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 D．流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 答案　AC 解析　L1在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，設(shè)為B1，方向都垂直于紙面向里，而L2在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小設(shè)為B2，方向垂直紙面向里，在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B2，方向垂直紙面向外，規(guī)定向外為正方向，根據(jù)矢量疊加原理可知B0－B1－B2＝B0，B2＋B0－B1＝B0，聯(lián)立這兩式可解得：B1＝B0，B2＝B0，故A、C正確。 2. (2017全國(guó)卷Ⅰ)(多選)如圖，三根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B．L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C．L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶ D．L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為 ∶∶1 答案　BC 解析　如圖，由磁場(chǎng)的疊加知，L2與L3中的電流在L1處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的方向在L2、L3連線的中垂線上，由左手定則知，L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面平行，A錯(cuò)誤。L1與L2中的電流在L3處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的方向與L1、L2的連線平行，由左手定則知，L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直，B正確。由幾何關(guān)系知，設(shè)電流在另外導(dǎo)線處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，L1、L2所在處兩個(gè)磁場(chǎng)方向的夾角均為120，則B合＝B，L3所在處兩個(gè)磁場(chǎng)方向的夾角為60，則B′合＝B，由F＝ILB知，L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶，C正確，D錯(cuò)誤。 3. (2016北京高考)中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針?shù)h，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M(jìn)一步研究表明，地球周?chē)卮艌?chǎng)的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料，下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合 B．地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近 C．地球表面任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行 D．地磁場(chǎng)對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用 答案　C 解析　由題意可知，地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合，存在磁偏角，A正確；磁感線是閉合的，再由圖可推知地球內(nèi)部存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近，故B正確；只有赤道上方附近的磁感線與地面平行，故C錯(cuò)誤；射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的運(yùn)動(dòng)方向與地磁場(chǎng)方向不平行，故地磁場(chǎng)對(duì)其有力的作用，這是磁場(chǎng)的基本性質(zhì)，故D正確。 4．(2018河北調(diào)研)如圖所示，直角坐標(biāo)系Oxyz處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一條長(zhǎng)0.6 m的直導(dǎo)線沿Ox方向通有大小為9 A的電流，受到的安培力沿Oz方向，大小為2.7 N。則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)可能的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為(　　) A．平行于xOy平面，B＝0.5 T B．平行于xOz平面，B＝1.0 T C．平行于xOy平面，B＝0.2 T D．平行于xOy平面，B＝1.0 T 答案　A 解析　根據(jù)安培力公式F＝BILsinθ可知，B＝＝，安培力一定垂直于導(dǎo)線和磁感線決定的平面，所以磁場(chǎng)的方向一定平行于xOy平面。當(dāng)θ＝90時(shí)，B＝0.5 T，磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿y軸正方向，A正確。 5．(2018武漢高三2月調(diào)研)(多選)磁電式電流表的構(gòu)造如圖a所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布，如圖b所示。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS＝kθ，式中N為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，I為通過(guò)線圈的電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為線圈(指針)偏角，k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象，由題中的信息可知(　　) A．該電流表的刻度是均勻的 B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力的大小不變 C．若線圈中通以如圖b所示的電流，線圈將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) D．更換k值更大的螺旋彈簧，可以增大電流表的靈敏度 答案　AB 解析　根據(jù)線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS＝kθ可知，線圈(指針)偏角與線圈中的電流成正比，所以該電流表的刻度是均勻的，A正確；由于蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，且方向始終與線圈平面平行，根據(jù)安培力公式F＝BIL，所以線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力的大小不變，B正確；若線圈中通以如題圖b所示的電流，根據(jù)左手定則，線圈將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；由NBIS＝kθ可知，更換k值更大的螺旋彈簧，可以減小電流表的靈敏度，D錯(cuò)誤。 配套課時(shí)作業(yè) 　　時(shí)間：45分鐘　滿分：100分 一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分。其中1～6為單選，7～10為多選) 1．(2018濰坊統(tǒng)考)如圖所示，a、b、c、d是圓心為O的圓上的四個(gè)點(diǎn)，直徑ac、bd相互垂直，兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直圓面分別固定在b、d處，導(dǎo)線中通有大小相等、垂直紙面向外的電流，關(guān)于a、O、c三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．都為零 B．O點(diǎn)最大 C．a(chǎn)、c兩點(diǎn)方向相反 D．a(chǎn)、c兩點(diǎn)方向相同 答案　C 解析　由安培定則可知，b、d兩處的通電導(dǎo)線在a點(diǎn)的磁場(chǎng)方向如圖所示，由平行四邊形定則可知，a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直ac向下，同理可知c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直ac向上，即a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，C正確，A、D錯(cuò)誤；根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理可知，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為零，B錯(cuò)誤。 2．如圖所示，用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是(　　) 答案　A 解析　由F＝BIL知，線圈在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度越大，受到的力變化就越大，A中有效長(zhǎng)度最長(zhǎng)，為MN，故A項(xiàng)正確。 3．如圖所示，用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)導(dǎo)線框，導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和兩直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路，導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流，處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線的圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線P。當(dāng)P中通以方向向外的電流時(shí)(　　) A．導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動(dòng) B．導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動(dòng) C．從上往下看，導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 答案　D 解析　由安培定則判斷出通電導(dǎo)線P在ab處的磁場(chǎng)向下，在cd處的磁場(chǎng)向上，根據(jù)左手定則，知ab受安培力向外，cd受安培力向里，從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故D正確。 4. (2018河南調(diào)研聯(lián)考)如圖所示，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒ab兩端由等長(zhǎng)輕質(zhì)軟導(dǎo)線水平懸掛，平衡時(shí)兩懸線與水平面的夾角均為θ(θ<90)，緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置以改變通過(guò)棒中的電流I。則下列四幅圖象中，能正確反映θ與I的變化規(guī)律的是(　　) 答案　A 解析　對(duì)ab棒受力分析如圖所示。由平衡條件有tanθ＝，得I＝，又知為常數(shù)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 5. (2018武漢檢測(cè))如圖所示，在天花板下用細(xì)線懸掛一半徑為R的金屬圓環(huán)，圓環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)，圓環(huán)一部分處在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，環(huán)與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)A、B與圓心O連線的夾角為120，此時(shí)懸線的拉力為F。若圓環(huán)通電，使懸線的拉力剛好為零，則環(huán)中電流的大小和方向是(　　) A．大小為，沿順時(shí)針?lè)较? B．大小為，沿逆時(shí)針?lè)较? C．大小為，沿順時(shí)針?lè)较? D．大小為，沿逆時(shí)針?lè)较? 答案　A 解析　圓環(huán)不通電時(shí)懸線拉力為F，可知F＝mg，若圓環(huán)通電，使懸線拉力剛好為零，那么FA＝mg，安培力方向若要豎直向上，電流應(yīng)為順時(shí)針，F(xiàn)A＝2BIRsin60＝BIR，聯(lián)立得BIR＝F，則I＝，故A正確。 6. (2018南昌十所省重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示，用三條細(xì)線懸掛的水平圓形線圈共有n匝，線圈由粗細(xì)均勻、單位長(zhǎng)度的質(zhì)量為2.5 g的導(dǎo)線繞制而成，三條細(xì)線呈對(duì)稱(chēng)分布，穩(wěn)定時(shí)線圈平面水平，在線圈正下方放有一個(gè)圓柱形條形磁鐵，磁鐵中軸線OO′垂直于線圈平面且通過(guò)其圓心O，測(cè)得線圈的導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5 T，方向與豎直線成30角，要使三條細(xì)線上的張力為零，線圈中通過(guò)的電流至少為(　　) A．0.1 A B．0.2 A C．0.05 A D．0.01 A 答案　A 解析　設(shè)線圈的半徑為r，則線圈的質(zhì)量m＝2nπr2.510－3 kg，磁場(chǎng)的水平分量為Bsin30，線圈受到的安培力為F＝Bsin30I2nπr，由于線圈所受向上的安培力等于線圈的重力，則2nπr2.510－310＝Bsin30I2nπr，解得I＝0.1 A，A正確。 7．(2017全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)自制的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對(duì)邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內(nèi)，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，該同學(xué)應(yīng)將(　　) A．左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉 B．左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C．左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D．左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 答案　AD 解析　裝置平面示意圖如圖所示。如圖所示的狀態(tài)，磁感線方向向上，若形成通路，線圈下邊導(dǎo)線中電流方向向左，受垂直紙面向里的安培力，同理，上邊導(dǎo)線中電流受安培力垂直紙面向外，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈上邊導(dǎo)線轉(zhuǎn)到下邊時(shí)，若仍通路，線圈上、下邊中電流方向與圖示方向相比均反向，受安培力反向，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。若要線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求左、右轉(zhuǎn)軸只能上一側(cè)或下一側(cè)形成通路，另一側(cè)斷路。故選A、D。 8．如圖甲所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L(zhǎng)，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平放置一根均勻金屬棒。從t＝0時(shí)刻起，棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I，周期為T(mén)，最大值為Im，圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较颉t金屬棒(　　) A．一直向右移動(dòng) B．速度隨時(shí)間周期性變化 C．受到的安培力隨時(shí)間周期性變化 D．受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功 答案　ABC 解析　根據(jù)左手定則知，導(dǎo)體棒開(kāi)始所受的安培力方向水平向右，根據(jù)F＝BIL＝ma知，金屬棒在第一個(gè)內(nèi)向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在第二個(gè)內(nèi)，安培力水平向左，故向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性畫(huà)出vt圖象如圖所示，由圖象可知速度隨時(shí)間周期性變化，一直向右運(yùn)動(dòng)，A、B正確；根據(jù)It圖象，由F＝BIL知，安培力隨時(shí)間周期性變化，C正確；根據(jù)動(dòng)能定理，安培力在前半周期做正功，后半周期做負(fù)功，一個(gè)周期內(nèi)總功為零，D錯(cuò)誤。 9．已知在電流為I的長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，距導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝k，其中k為常量?，F(xiàn)有四根平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線，其橫截面恰好在一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，電流方向如圖。其中a、c導(dǎo)線中的電流大小為I1，b、d導(dǎo)線中的電流大小為I2，已知此時(shí)b導(dǎo)線所受的安培力恰好為零。撤去b導(dǎo)線，在O處固定一長(zhǎng)度為L(zhǎng)、電流為I的通電導(dǎo)體棒e，電流方向垂直紙面向外，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．b導(dǎo)線撤去前，電流的大小關(guān)系為I2＝2I1 B．b導(dǎo)線撤去前，四根導(dǎo)線所受的安培力均為零 C．b導(dǎo)線撤去后，導(dǎo)體棒e所受安培力方向?yàn)檠貀軸負(fù)方向 D．b導(dǎo)線撤去后，導(dǎo)體棒e所受安培力大小為kII2 答案　ACD 解析　b導(dǎo)線撤去前，b導(dǎo)線所受的安培力為零，則b導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，即2kcos45＝k，解得I2＝2I1，A正確；b導(dǎo)線撤去前，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性知d導(dǎo)線所受的安培力也為零，由2kcos45≠k知，a、c導(dǎo)線所受的安培力不為零，B錯(cuò)誤；b導(dǎo)線撤去后，O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0＝k＝k，方向沿x軸負(fù)方向，則由左手定則知導(dǎo)體棒e所受安培力方向沿y軸負(fù)方向，大小為F＝B0IL＝kII2，C、D正確。 10．質(zhì)量為m的金屬細(xì)桿置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，有電流通過(guò)桿，桿恰好靜止于導(dǎo)軌上，在如圖所示的A、B、C、D四個(gè)圖中，桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是(　　) 答案　CD 解析　A中，通電細(xì)桿可能受重力、安培力、導(dǎo)軌的彈力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖甲所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零。 B中，通電細(xì)桿可能受重力、安培力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖乙所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零。 C和D中，通電細(xì)桿受重力、安培力、導(dǎo)軌彈力作用具有下滑趨勢(shì)，故一定受到沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力，如圖丙、丁所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零。故正確答案為C、D。 二、非選擇題(本題共2小題，共30分) 11．(14分)電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，利用這種裝置可以把質(zhì)量為2.0 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6 km/s。若這種裝置的軌道寬2 m，長(zhǎng)為100 m，通過(guò)的電流為10 A，求軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)力的最大功率。(軌道摩擦不計(jì)) 答案　18 T　2.16106 W 解析　電磁炮在安培力的作用下，沿軌道做勻加速運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)100 m的位移加速至6 km/s，利用動(dòng)能定理可得F安s＝ΔEk， 即BILs＝mv2－0， 代入數(shù)據(jù)可得B＝18 T。 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，磁場(chǎng)力的最大功率為 P＝F安v＝BILv＝2.16106 W。 12. (16分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0 T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與水平面成θ＝37角的導(dǎo)電滑軌，滑軌上放置一個(gè)可自由移動(dòng)的金屬桿ab。已知接在滑軌中的電源電動(dòng)勢(shì)E＝12 V，內(nèi)阻不計(jì)。ab桿長(zhǎng)L＝0.5 m，質(zhì)量m＝0.2 kg，桿與滑軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計(jì)。求：要使ab桿在滑軌上保持靜止，滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變化？(g取10 m/s2，sin37＝0.6，cos37＝0.8，可認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 答案　3 Ω≤R≤5 Ω 解析　分別畫(huà)出ab桿在恰好不下滑和恰好不上滑這兩種情況下的受力分析圖，如圖所示。 當(dāng)ab桿恰好不下滑時(shí)，如圖甲所示。由平衡條件得 沿斜面方向mgsinθ＝μFN1＋F安1cosθ 垂直斜面方向FN1＝mgcosθ＋F安1sinθ 而F安1＝BL，解得R1＝5 Ω。 當(dāng)ab桿恰好不上滑時(shí)，如圖乙所示。由平衡條件得 沿斜面方向mgsinθ＋μFN2＝F安2cosθ 垂直斜面方向FN2＝mgcosθ＋F安2sinθ 而F安2＝BL，解得R2＝3 Ω。 所以，要使ab桿保持靜止， R的取值范圍是3 Ω≤R≤5 Ω。