高中物理第三章磁场第一讲磁场及其对电流的作用破题致胜复习检测新人教选修.docx
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高中物理第三章磁场第一讲磁场及其对电流的作用破题致胜复习检测新人教选修
第一讲磁场及其对电流的作用
自主复习
知识点1磁场、磁感应强度
一、磁场
1.磁场的产生:
磁体或_________在其周围的空间产生磁场.
2.基本性质:
对放入其中的磁体、___________有力的作用.磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场来完成的.
3.磁场的方向:
规定为小磁针静止时N极所指的方向.
二、磁感应强度
1.物理意义:
描述磁场______和_____的物理量.
2.大小:
_________.
3.单位:
_________,简称特,符号是T.
4.矢量性:
磁感应强度是_____,既有大小,又有方向.规定磁场中任意一点的小磁针静止时___极的指向为该点的磁场的方向.
知识点2磁感线、通电直导线和通电线圈周围磁场的方向
1.磁感线
在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的______方向跟该点的磁感应强度方向一致.
2.电流的磁场
(1)奥斯特实验:
奥斯特实验发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首次揭示了_________的联系.
(2)安培定则
①通电直导线:
用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟______的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是______的环绕方向.
②通电螺线管:
让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,______所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向.
3.几种常见的磁场
(1)常见磁体的磁场
(2)常见电流的磁场
通电直导线
通电螺线管
环形电流
安
培
定
则
立
体
图
横
截
面
图
知识点3安培力、安培力的方向
1.安培力的方向
(1)安培力:
通电导线在磁场中受到的力.
(2)左手定则:
伸开左手,让拇指与其余四指_____,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线垂直掌心进入,并使四指指向______方向,这时_____所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.
(3)两平行的通电直导线间的安培力:
同向电流互相______,异向电流互相________.
2.安培力的大小
当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,F=___________,这是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特殊情况:
(1)当磁场与电流_____时,安培力最大,Fmax=BIL.
(2)当磁场与电流______时,安培力等于零.
考点1电流的磁场及磁场的叠加问题深化
1.安培定则的应用:
在运用安培定则判定直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场时应分清“因”和“果”.
原因(电流方向)
结果(磁场方向)
直线电流的磁场
大拇指
四指
环形电流及通电
螺线管的磁场
四指
大拇指
2.磁场的叠加:
磁感应强度为矢量,合成与分解遵循平行四边形定则.
例题:
若三根平行长直导线中通有大小相等、方向相同的电流,且分别垂直地通过一等边三角形ABC的三个顶点(如图所示),则在三角形的中心O处的磁感应强度大小为________.
【答案】0
考点2安培力作用下的运动、平衡问题
1.安培力作用下的物体平衡问题,解题步骤和共点力的平衡问题相似,一般是:
(1)先进行受力分析,画出受力分析图.
(2)根据共点力平衡的条件列出平衡方程进行求解.其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力.
2.安培力作用下的加速问题与动力学问题一样,关键是做好受力分析,然后根据牛顿第二定律求出加速度,最后利用运动学公式求解.
3.常见的还有安培力与闭合电路欧姆定律相结合的题目,解答时主要应用的知识有:
(1)闭合电路欧姆定律.
(2)安培力的公式F=BIL及左手定则.
(3)物体的平衡条件、牛顿第二定律、运动学公式.
例题:
现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力的大小;
(3)导体棒受到的摩擦力.
(3)导体棒所受重力沿导轨所在平面向下的分力F1=mgsin37°=0.24N,由于F1小于安培力,故导体棒受沿导轨所在平面向下的摩擦力Ff,如图所示,根据共点力平衡条件mgsin37°+Ff=F安,解得:
Ff=0.06N.
【答案】
(1)1.5A
(2)0.3N(3)0.06N,方向沿导轨向下
考点3与安培力有关的力学综合问题
1.安培力的大小
安培力常用公式F=BIL,要求两两垂直,应用时要满足:
(1)B与L垂直;
(2)L是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度
如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿L由始端流向末端.因为任意形状的闭合线圈,其有效长度为零,所以闭合线圈通电后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和为零.
2.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路
(1)选定研究对象;
(2)变三维为二维,如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I;
(3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解.
3.安培力做功的特点和实质
(1)安培力做功与路径有关,不像重力、电场力做功与路径无关.
(2)安培力做功的实质:
起能量转化的作用.
①安培力做正功:
是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能.
②安培力做负功:
是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能.
例题:
如图所示,长为2l的直导线折成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.当在该导线中通以电流为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为()
A.0B.0.5BIl
C.BIlD.2BIl
【解析】由安培定则可判断每段通电导线所受安培力的方向,如图所示,且有F1=F2=BIl,F1和F2之间的夹角α=120°.所以V形通电导线受到的安培力大小F=F1=BIl,C正确.
【答案】C
巩固练习
1.如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈可以自由运动,当给两者通以图示电流时,线圈将()
A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内
B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内
C.靠近直导线,同时旋转90°
D.远离直导线,同时旋转90°
2.如图,两根平行长直导线相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定电流:
a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为
、l和3l.关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是()
A.a处的磁感应强度大小比c处的大
B.b、c两处的磁感应强度大小相等
C.a、c两处的磁感应强度方向相同
D.b处的磁感应强度为零
3.如图,两根通电长直导线a、b平行放置,a、b中的电流强度分别为I和2I,此时a受到的磁场力为F,若以该磁场力的方向为正,则b受到的磁场力为________;a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后,a受到的磁场力大小变为2F,则此时b受到的磁场力为___________.
参考答案与解析:
1.A
【解析】题图可等效为如图,所以线圈左、右两边所受安培力合力为零,由结论法及直线电流磁场的分布情况可知同向电流的吸引力大于反向电流的排斥力,即线圈所受安培力的合力向下,A对.
2.AD
【解析】由右手定则可以判断,a、c两处的磁场是两电流在a、c处产生的磁场相加,但a距离两导线比c近,故a处的磁感应强度大小比c处的大,A对;b、c与右侧电流距离相同,故右侧电流对此两处的磁场要求等大反向,但因为左侧电流要求此两处由大小不同、方向相同的磁场,故b、c两处的磁感应强度大小不相等,B错;由右手定则可知,a处磁场垂直纸面向里,c处磁场垂直纸面向外,C错;b与两导线距离相等,故两磁场叠加为零,D对.
3.-F;-3F或5F
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.如图,叠放的两个物块无相对滑动地沿斜面一起下滑,甲图两物块接触面平行于斜面且摩擦力的大小为f1,乙图两物块接触面与斜面不平行且摩擦力的大小为f2,丙图两物块接触面水平且摩擦力的大小为f3,下列判断正确的是()
A.若斜面光滑,f1=0,f2≠0,f3≠0
B.若斜面光滑,f1≠0,f2≠0,f3=0
C.若两滑块一起匀速下滑,f1≠0,f2=0,f3≠0
D.若两滑块一起匀速下滑,f1=0,f2≠0,f3≠0
2.将一物体由坐标原点O以初速度v0抛出,在恒力作用下轨迹如图所示,A为轨迹最高点,B为轨迹与水平x轴交点,假设物体到B点时速度为vB,v0与x轴夹角为α,vB与x轴夹角为
,已知OA水平距离x1小于AB水平距离x2,则()
A.物体从O到A时间大于从A到B时间
B.物体在B点的速度vB大于v0
C.物体在O点所受合力方向指向第一象限
D.α可能等于
3.如图所示,在探究平抛运动规律的实验中,用小锤打击弹性金厲片,金属片把p球沿水平方向弹出,同时Q球被松开而自由下落,P、Q两球同时开始运动。
()
A.此实验为了说明平抛运动在水平方向上做的是匀速直线运动
B.此实验为了说明平抛运动在竖直方向上做的是自由落体运动
C.如果加大打击力度,P球落地时间将延长
D.如果调整装置距地面的高度,它们就不会同时落地
4.如图所示,固定在水平面上的光滑斜面倾角为30°,质量分别为M、m的两个物体通过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧,斜面底端有一与斜面垂直的挡板。
开始时用手按住物体M,此时M距离挡板的距离为s,滑轮两边的细绳恰好伸直,且弹簧处于原长状态。
已知M=2m,空气阻力不计。
松开手后,关于二者的运动下列说法中正确的是
A.M和m组成的系统机械能守恒
B.当M的速度最大时,m与地面间的作用力为零
C.若M恰好能到达挡板处,则此时m的速度为零
D.若M恰好能到达挡板处,则此过程中重力对M做的功等于物体m的机械能增加量
5.电影《速度与激情8》中有一个精彩情节:
反派为了让多姆获得核弹发射箱,通过远程控制让汽车从高楼中水平飞出,落在街面地上。
设某车飞出时高约为16.2m,街道宽度为27m,则该汽车从顶楼坠落时速度不会超过()
A.8m/s
B.10m/s
C.13m/s
D.15m/s
6.一个电流表的满偏电流Ig=1mA.内阻为500Ω,要把它改装成一个量程为10V的电压表,则应在电流表上()
A.串联一个10kΩ的电阻B.并联一个10kΩ的电阻
C.串联一个9.5kΩ的电阻D.并联一个9.5kΩ的电阻
二、多项选择题
7.由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。
波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s。
已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m,P、Q开始震动后,下列判断正确的是_____。
(填正确答案标号。
选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。
每选错1个扣3分,最低得分为0分)
A.P、Q两质点运动的方向始终相同
B.P、Q两质点运动的方向始终相反
C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置
D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰
E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰
8.关于天然放射性,下列说法正确的是________.
A.所有元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度有关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强
E.一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β两种射线
9.如图,质量均为m的两光滑小环A和B用轻绳连接,分别套在水平和竖直的固定直杆上。
在绳上O点施一水平力F拉紧轻绳,设法使整个系统处于静止状态。
随后使力F缓慢增大,则在此过程中()
A.OA段绳中的张力始终大于mg,且逐渐增大
B.杆对A环的作用力始终大于2mg,且逐渐增大
C.OB段绳中的张力始终大于mg,且逐渐增大
D.OB段绳与竖直方向的夹角逐渐增大
10.如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为
时的波形图,虚线为
时的波形图。
已知该简谐波的周期大于0.5s.关于该简谐波,下列说法正确的是_______
A.
波长为2m
B.波速为
C.频率为
D.
时,
处的质点处于波峰
E.
时,
处的质点经过平衡位置
三、实验题
11.枚小火箭携带试验炸弹,从地面由静止开始沿竖直方向匀加速发射升空,小火箭的加速度a=10m/s2,经t1=20s后小火箭与试验炸弹自动分离,预定试验炸弹在最高点爆炸,取g=10m/s2,不计空气阻力.
(1)分离时炸弹离地的高度和速度大小;
(2)若试验失败,炸弹未爆炸,如果不采取措施,炸弹会在分离后多长时间落地.(计算结果可保留根号)
12.某同学用图所示装置做《验证力的平行四边形定则》的实验,橡皮筋的一端固定在水平木板上的P点,另一端系有两个绳套。
实验中先用两个弹簧测力计分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮筋,将橡皮筋拉至某一位置O,如图所示。
再只用一个弹簧测力计,通过绳套把橡皮筋拉到与前面相同的位置O。
(1)为完成该实验,下述必须有的步骤是________(选填正确选项前的字母)
A.测量细绳的长度
B.测量橡皮筋的原长
C.记录测力计的示数
D.记录结点O的位置
E.通过细绳记录拉力的方向
(2)对操作过程,下列说法正确的是________(选填正确选项前的字母)
A.橡皮筋、弹簧测力计和细绳应位于与纸面平行的同一平面内
B.两细绳之间的夹角一定要取90°,以便计算合力的大小
C.用平行四边形定则求得的合力方向一定沿PO方向
D.测力计的示数取得适当大些有利于减小误差
四、解答题
13.如图所示,△ABC为一直角三棱镜的截面,其顶角为θ=30°,AB边长为L。
P为垂直于直线BCD的足够大的光屏,且C到D的距离为L,现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面,在屏P上形成一条宽度等于
L光带,已知光在真空中的速度为c,求:
①光照射到屏上的最低点到D的距离;
②光在介质中折射率.
14.如图,粗细均匀的等臂U形管竖直放置,其左管封闭有一定量的气体,右管开口与大气相通,左右两侧被水银柱隔开。
平衡时测得左管内气柱的长度为l,右管内水银面高于左管内水银面h。
现从右管开口处用一不计厚度的活塞缓慢向下压气体,已知活塞与管密封良好,水银的密度为ρ,大气压强为p0,重力加速度为g。
若整个过程中气体温度保持不变,求活塞压下多少距离时左右两管水银面相齐平。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
A
B
B
B
D
C
二、多项选择题
7.BDE
8.CDE
9.CD
10.BCD
三、实验题
11.
(1)4000m,200m/s
(2)20(
+1)s
12.CDEAD
四、解答题
13.
(1)
(2)
14.
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
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3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
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一、单项选择题
1.如图所示,一理想变压器的原线圈接正弦交流电源,副线圈接有电阻R和小灯泡。
电流表和电压表均可视为理想电表。
闭合开关S,下列说法正确的是
A.电流表A1的示数减小
B.电流表A2的示数减小
C.电压表V1的示数减小
D.电压表V2的示数减小
2.一质点静止在光滑水平面上,现对其施加水平外力F,F随时间t按正弦规律变化,如图所示,下列说法正确的是
A.质点在第1s末和第3s末的速度大小相等,方向相反
B.质点在第2s末和第4s末的动量大小相等,方向相反
C.在1s~2s内,水平外力F的冲量为0
D.在2~4s内质点的动能一直减小
3.如图甲所示为一“凸型”线框,其中ab=be=de=ah=gf=l,ef=3l。
线框在外力作用下以恒定速度垂直磁场通过一宽为Z的有界匀强磁场。
取逆时针方向电流方向为正,图示时刻t=0,则线框中产生的电流i随时间t变化的图像中,正确的是
A.
B.
C.
D.
4.图中给出某一通关游戏的示意图,安装在轨道AB上可上下移动的弹射器,能水平射出速度大小可调节的弹丸,弹丸射出口在B点的正上方,竖直面内的半圆弧BCD的半径为R=2.0m,直径BD水平且与轨道AB处在同一竖直平面内,小孔P和圆心O连线与水平方向夹角为37º,游戏要求弹丸垂直于P点圆弧切线方向射入小孔P就能进入下一关.为了能通关,弹射器离B点的高度和弹丸射出的初速度分别是(不计空气阻力)
A.
B.
C.
D.
5.如图所示,边长为L、阻值为R的等边三角形单匝金属线圈abc从图示位置开始绕轴EF以角速度ω匀速转动,EF的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,右侧没有磁场,下列说法正确的是()
A.图示位置线圈的磁通量最大,磁通量的变化率也最大
B.从图示位置转出磁场的过程中,线圈中产生逆时针方向的感应电流
C.线圈中产生的感应电动势的最大值为
D.转动一周,外力做功的功率为
6.一正三角形导线框高为从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两匀强磁场区域。
两磁场区域磁感应强度大小均为B、磁场方向相反且均垂直于xOy平面,磁场区域宽度均为a。
则感应电流I与线框移动距离x的关系图象可能是(以逆时针方向为感应电流的正方向
A.
B.
C.
D.
二、多项选择题
7.如图,用隔板将一绝热气缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。
现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个气缸。
待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原的体积。
假设整个系统不漏气。
下列说法正确的是________
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中,气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变
8.如图为一种直流发电机的结构示意图,直流发电机由两块永磁铁、线圈和换向器组线缠绕而成.永磁体N、S极相对,中间区域视为匀强磁场,磁感应强度为B。
线圈由N匝导线缠绕而成,面积为S,可绕如图所示的轴线匀速转动,角速度为ω。
换向器由两个半铜环和两个电刷构成,半铜环分别与线圈中导线的两端固连,线圈和半铜环绕着轴线以相同角速度转动。
电刷位置固定,作为输出端与外电路相连(图中未画出)。
每当线圈转到中性面位置时,半铜环和电刷会交换接触,以保持输出电流方向不变,且交换时间极短可忽略。
下列说法正确的是
A.当线圈按照图示的方向转动时,电刷a的电势比b的电势高
B.当线圈转到图示位置时,线圈中产生的电动势为零
C.该发电机产生电动势的最大值为NBSω
D.该发电机产生电动势的最大值是有效值的
倍
9.一名宇航员在某星球上完成自由落体运动实验,让一个质量为2kg的小球从一定的高度自由下落,测得在第5s内的位移是18m,则()
A.小球在2s末的速度是8m/s
B.小球在第5s内的平均速度是3.6m/s
C.小球在第2s内的位移是2m
D.小球在5s内的位移是50m
10.下列说法中正确的是________
A.观看3D电影《复仇者联盟4》时,所佩戴的眼镜利用了光的衍射知识
B.军队士兵过桥时使用便步,是为了防止桥发生共振现象
C.手机上网时用的Wifi信号属于无线电波
D.红光由空气进入水中,波长变长,颜色不变
E.分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验,用黄光时得到的条纹间距更宽
三、实验题
11.在“匀变速直线运动的实验探究”中,如图所示是小明同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出,打点计时器打点的时间间隔T=0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。
(1)物体是否做匀变速直线运动____(选填“是”或者“否”),
你的判断依据是__________________________。
(2)下表列出了打点计时器打下B、C、F、E时小车的瞬时速度,请求出打点计时器打下D点时小车的瞬时速度vD=____。
(结果保留3位有效数字)
(3)以A点为计时起点,在坐标图中画出小车的速度—时间关系图线_________。
(4)根据所画出的小车的速度—时间关系图线计算出小车的加速度a=____m/s2。
(结果保留2位有效数字)
12.如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。
金属导轨的一端接有电动势E=4.5V,内阻r=0.50Ω的直流电源。
现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止,导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2,已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力大小;
(3)导体棒受到的摩擦力的大小和方向。
四、解答题
13.近年来,我国高速公路网发展迅速。
为了确保安全,高速公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离,已知某高速公路的最高限速v=24m/s。
某司机驾车在该高速公路上以限定的最高速度行驶,突然前方约90m处有一车辆因故已停挡住去路,司机从发现后便操作紧急刹车,到汽车开始匀减速所经历的时间(即反应时间)为t0=0.50s(注:
在反应时间内汽车做匀速运动),刹车
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