人教版高中物理必修部分第8讲A1.docx
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人教版高中物理必修部分第8讲A1
高效作业 知能提升
一、选择题
1.(2011·新课标全国卷)为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:
地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
A. B. C. D.
图8-1-21
解析:
本题考查的是电流的磁效应问题,意在考查学生应用物理知识解决实际问题的能力.由日常知识可知,地球的南极为磁场的N极,由右手螺旋定则可知,电流方向如图B,故选项B正确.
答案:
B
2.在匀强磁场的同一位置,先后放入长度相等的两根直导线a和b,a、b两导线的方向与磁场方向垂直,但两导线中的电流大小不同,图8-1-22所示图像中表示导线所受安培力F与通电电流I的关系,a、b各自有一组F、I的数值,在图像中各描一个点,下列图像中正确的是( )
A. B. C. D.
图8-1-22
解析:
由于导线与磁场垂直,故F=BIL,而a、b两导线的L相同,B相同,所以F∝I,因此选项D正确.
答案:
D
3.如图8-1-23所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中,在以导线截面的中心为圆心、r为半径的圆周上有a、b、c、d四个点.已知a点的实际磁感应强度为0,则下列叙述正确的是( )
图8-1-23
A.直导线中的电流方向垂直纸面向里
B.b点的实际磁感应强度为
T,方向斜向上,与B的夹角为45°
C.c点的实际磁感应强度也为0
D.d点的实际磁感应强度与b点相同
解析:
a点的实际磁感应强度为0,是直线电流在a处的磁感应强度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0,所以直线电流在a处的Ba=1T,方向向左,由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里,由于圆周上各点到直导线的距离相同,所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T,但方向不同,在b处向上,在c处向右,在d处向下.b、c、d三处的实际磁感应强度分别为
T,方向斜向右上方与B成45°夹角;2T,方向向右;
T,方向斜向右下方与B成45°夹角,选项A、B正确.
答案:
AB
4.如图8-1-24所示,带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是( )
图8-1-24
A.N极竖直向上
B.N极竖直向下
C.N极沿轴线向左
D.N极沿轴线向右
解析:
负电荷匀速转动,会产生与旋转方向反向的环形电流,由安培定则知,在磁针处磁场的方向沿OO′轴向左.由于磁针N极指向为磁场方向,所以应选C.
答案:
C
5.当放在同一平面内的长直导线MN和金属框通以如图8-1-25所示的电流时,MN固定不动,金属框的运动情况是( )
图8-1-25
A.金属框将靠近MN
B.金属框将远离MN
C.金属框将以xx′为轴转动
D.金属框将以yy′为轴转动
解析:
上下两个边受到的磁场力的合力为零,左右两条边中,左边受到的力是引力,右边受到的力是斥力,但是越靠近导线,磁感应强度越大,所以左边受到的力大于右边受到的力.
答案:
A
6.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上,导轨宽度为d,杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ,有电流时ab恰好在导轨上静止,如图8-1-26所示.图8-1-27是沿b→a方向观察时的四个平面图,标出了四种不同的匀强磁场方向,其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是( )
图8-1-26
A. B. C. D.
图8-1-27
答案:
AB
7.如图8-1-28所示,ab是水平面上一个圆的直径,在过ab的竖直面内有一根通电导线ef,且ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,穿过圆面积的磁通量将( )
图8-1-28
A.逐渐变大 B.逐渐变小
C.始终为零D.不为零,但始终保持不变
解析:
穿过线圈的磁通量是由于通电导线造成的,但是通电导线处于圆的正上方,所以穿过线圈的磁通量总为零,而通电导线竖直方向的移动也不会影响其总磁通量的变化.
答案:
C
8.(2011·新课标全国卷)电磁轨道炮工作原理如图8-1-29所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是( )
图8-1-29
A.只将轨道长度L变为原来的2倍
B.只将电流I增加至原来的2倍
C.只将弹体质量减至原来的一半
D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变
解析:
本题考查的是安培力和动能定理的知识,意在考查学生应用物理知识解决实际问题的能力.由题意可知磁感应强度B=kI,安培力F=BId=kI2d,由动能定理可得:
FL=
,解得v=I
,由此式可判断B、D选项正确.
答案:
BD
9.如图8-1-30所示,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线处于同一竖直平面内,为使MN垂直于纸面向外运动,可以( )
图8-1-30
A.将a、c端接电源正极,b、d端接电源负极
B.将b、d端接电源正极,a、c端接电源负极
C.将a、d端接电源正极,b、c端接电源负极
D.将a端接电源的正极,b接c,d端接电源的负极
解析:
a、c端接电源正极,b、d端接电源负极时,电流从M→N,所在处磁场向上,则MN向外运动,A选项正确.b、d端接正极时,MN中电流从N→M,磁场方向向下,受力向外,B选项正确,C选项错误.a端接正极,b与c短接,d端接负极时,等同于A选项,所以D选项也正确.
答案:
ABD
10.如图8-1-31所示,在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c,各导线中的电流大小相同,其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外,b导线中的电流方向垂直纸面向内.每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用,则关于每根导线所受安培力的合力,以下说法中正确的是( )
图8-1-31
A.导线a所受合力方向水平向右
B.导线c所受合力方向水平向右
C.导线c所受合力方向水平向左
D.导线b所受合力方向水平向左
解析:
首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向,要注意是合磁场的方向,然后用左手定则判定导线的受力方向,可以确定B是正确的.
答案:
B
二、非选择题
11.质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下,如图8-1-32所示,求棒MN受到的支持力和摩擦力.
图8-1-32
解析:
由左手定则判断安培力的方向时,要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向,即垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面,棒MN受力分析如图8-1-33所示.由平衡条件有
图8-1-33
水平方向Ff=Fsinθ,
竖直方向FN=Fcosθ+mg,
且F=BIL,
从而得Ff=BILsinθ,FN=BILcosθ+mg.
答案:
BILcosθ+mg BILsinθ
12.如图8-1-34所示为一电流表的原理示意图.质量为m的均质细金属棒MN的中点外通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN的长度大于
.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合;当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流强度.
图8-1-34
(1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少?
(重力加速度为g)
(2)若要电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接?
(3)若k=2.0N/m,
=0.20m,
=0.050m,B=0.20T,此电流表的量程是多少?
(不计通电时电流产生的磁场的作用)
(4)若将量程扩大到原来的2倍,磁感应强度应变为多大?
解析:
(1)设当电流表示数为零时,弹簧的伸长量为Δx,则有mg=kΔx①
由①式得:
Δx=
.②
(2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下,因此M端应接正极.
(3)设电流表满偏时通过MN间电流强度为Im,则有
BIm
+mg=k(
+Δx)③
联立②③并代入数据得Im=2.5A.④
(4)设量程扩大后,磁感应强度变为B′,则有
2B′Im
+mg=k(
+Δx).⑤
由①⑤式得:
B′=
⑥
代入数据得:
B′=0.10T.
答案:
(1)
(2)M端 (3)2.5A
(4)0.10T
13.如图8-1-35所示,PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨,相距L=1m.PM间接有一个电动势为E=6V、内阻r=1Ω的电源和一只滑动变阻器.导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量m=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连,物体的质量M=0.3kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下.求为使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值为多大.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,导轨与棒的电阻不计.(g取10m/s2)
图8-1-35
解析:
导体棒受到的最大静摩擦力为
Ff=μFN=μmg=0.5×0.2×10N=1N.
绳对导体棒的拉力F拉=Mg=0.3×10N=3N.
导体棒将要向左滑动时
BImaxL=Ff+F拉,Imax=2A.
由闭合电路欧姆定律得Imax=
=
Ω或
,故Rmin=2Ω.
导体棒将要向右滑动时Ff+BIminL=F拉,Imin=1A.
由闭合电路欧姆定律得Imin=
=
Ω或
,
故Rmax=5Ω.
滑动变阻器连入电路的阻值为2Ω≤R≤5Ω.
答案:
2Ω≤R≤5Ω
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