届高三物理一轮复习同步练习卷磁场对电流的作用力含答案.docx
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届高三物理一轮复习同步练习卷磁场对电流的作用力含答案.docx
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届高三物理一轮复习同步练习卷磁场对电流的作用力含答案
磁场对电流的作用力
1.(2019·江西十校模拟)1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.在奥斯特实验中,将直导线沿南北方向水平放置,小指针靠近直导线,下列结论正确的是( )
A.把小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针会转动
B.把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针不会转动
C.把小磁针平行地放在导线的下方,给导线通以恒定电流,然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离,小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小
D.把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方,通电后,黄铜针会转动
2.(2019·南师附中)如图所示,两根光滑金属导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.质量为m
长为L的金属杆ab垂直导轨放置,整个装置处于垂直ab方向的匀强磁场中.当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时,金属杆ab保持静止.则磁感应强度的方向和大小可能为( )
A.竖直向上,
B.平行导轨向上,
C.水平向右,
D.水平向左,
3.(2019·湖南师大附中月考)如图所示,两根平行放置、长度均为L的直导线a和b,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中.当a导线通有电流大小为I、b导线通有电流大小为2I,且电流方向相反时,a导线受到的磁场力大小为F1,b导线受到的磁场力大小为F2,则a通电导线的电流在b导线处产生的磁感应强度大小为( )
A.
B.
C.
D.
4.(2019·河南六市联考)如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距L=1m.P、M间接有一个电动势为E=6V、内阻不计的电源和一只滑动变阻器,导体棒ab跨放在导轨上并与导轨接触良好,棒的质量为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=0.4kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5(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),匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下,为了使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是( )
A.2ΩB.2.5ΩC.3ΩD.4Ω
5.通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内,放置方式及电流方向如图甲、乙所示,其中L1、L3是固定的,L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动,则下列描述正确的是( )
A.L2绕轴O按顺时针转动B.L2绕轴O按逆时针转动
C.L4绕轴O按顺时针转动D.L4绕轴O按逆时针转动
6.(2019·广东肇庆模拟)如图甲所示,电流恒定的通电直导线MN,垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导
轨上,电流方向由M指向N,在两轨间存在着竖直磁场,取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,
当t=0时导线恰好静止,若B按如图乙所示的余弦规律变化,下列说法正确的是( )
A.在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动B.在最初的一个周期内,导线一直向左运动
C.在最初的半个周期内,导线的加速度先增大后减小D.在最初的半个周期内,导线的速度先增大后减小
7.(2019·汕头模拟)如图是磁电式电流表的结构,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,线圈中a、b两条导线长均为l,通以图示方向的电流I,两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则( )
A.该磁场是匀强磁场B.线圈平面总与磁场方向垂直
C.线圈将顺时针转动D.a、b导线受到的安培力大小总为BIl
8.如图所示,两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°,金属杆ab垂直导轨放置,导轨与金属杆接触良好.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中.当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态,要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是( )
A.增大磁感应强度BB.调节滑动变阻器使电流增大
C.增大导轨平面与水平面间的夹角θD.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变
9.(2019·山西太原模拟)一金属条放置在相距为d的两金属轨道上,如图所示.现让金属条以v0的初速度从AA′进入水平轨道,再由CC′进入半径为r的竖直圆轨道,金属条到达竖直圆轨道最高点的速度大小为v,完成圆周运动后,再回到水平轨道上,整个轨道除圆轨道光滑外,其余均粗糙,运动过程中金属条始终与轨道垂直且接触良好.已知由外电路控制流过金属条的电流大小始终为I,方向如图中所示,整个轨道处于水平向右的匀强磁场中,磁感应强度为B,A、C间的距离为L,金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动.重力加速度为g,则由题中信息可以求出( )
A.金属条的质量B.金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向
C.金属条运动到DD′时的瞬时速度D.金属条与水平粗糙轨道间的动摩擦因数
10.光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心.两金属轨道之间的宽度为0.5m,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5T.质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属水平轨道上的M点.当在金属细杆内通以电流强度为2A的恒定电流时,金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动.已知MN=OP=1m,则下列说法中正确的是( )
A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5m/s
C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10m/s2D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N
11.如图所示,两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上,将一根金属棒PQ放在导轨上,使其水平且始终与导轨保持良好接触.现在金属棒PQ中通以变化的电流I,同时释放金属棒PQ使其运动.已知电流I随时间变化的关系为I=kt(k为常数,k>0),金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数一定.以竖直向下为正方向,则下面关于金属棒PQ的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中,可能正确的是( )
12.如图所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为l,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源.将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上,且与两轨道垂直.已知通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止.
(1)求磁场对导体棒的安培力的大小;
(2)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值和方向.
13.如图所示,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强
度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为
12V的电池相连,电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平
衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒
所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.
参考答案
1.(2019·江西十校模拟)1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.在奥斯特实验中,将直导线沿南北方向水平放置,小指针靠近直导线,下列结论正确的是( )
A.把小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针会转动
B.把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针不会转动
C.把小磁针平行地放在导线的下方,给导线通以恒定电流,然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离,小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小
D.把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方,通电后,黄铜针会转动
【答案】C.
【解析】将小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针不会转动,A错;把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针仍然会转动,B错;把小磁针放在导线下方,给导线通以恒定电流,导线周围存在磁场,距导线越远,磁场越弱,小磁针转动的角度(与通电前相比)越小,C对;黄铜针没有磁性,不会转动,D错.
2.(2019·南师附中)如图所示,两根光滑金属导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.质量为m
长为L的金属杆ab垂直导轨放置,整个装置处于垂直ab方向的匀强磁场中.当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时,金属杆ab保持静止.则磁感应强度的方向和大小可能为( )
A.竖直向上,
B.平行导轨向上,
C.水平向右,
D.水平向左,
【答案】D
【解析】金属导轨光滑,所以没有摩擦力,则金属棒只受重力、支持力和安培力,根据平衡条件知三力合力为零.当磁感应强度方向竖直向上时,如图所示,
安培力水平向右,由几何关系和F=BIL得磁感应强度大小为
,选项A错误;磁感应强度方向平行导轨向上,安培力垂直于导轨向下,不可能平衡,选项B错误;磁感应强度方向水平向右,安培力竖直向下,不可能平衡,选项C错误;磁感应强度方向水平向左,安培力竖直向上,若平衡,安培力和重力相等,且由F=BIL得磁感应强度大小为
,选项D正确.
3.(2019·湖南师大附中月考)如图所示,两根平行放置、长度均为L的直导线a和b,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中.当a导线通有电流大小为I、b导线通有电流大小为2I,且电流方向相反时,a导线受到的磁场力大小为F1,b导线受到的磁场力大小为F2,则a通电导线的电流在b导线处产生的磁感应强度大小为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】a、b导线中电流方向相反,两导线之间的磁场力为斥力,设大小为F,对a有F1=F+BIL,对b有F2=F+2BIL,解得F=2F1-F2,对于导线b,F=2F1-F2=B′·2IL,解得B′=
,故C正确.
4.(2019·河南六市联考)如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距L=1m.P、M间接有一个电动势为E=6V、内阻不计的电源和一只滑动变阻器,导体棒ab跨放在导轨上并与导轨接触良好,棒的质量为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=0.4kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5(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),匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下,为了使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是( )
A.2ΩB.2.5ΩC.3ΩD.4Ω
【答案】A
【解析】对棒受力分析可知,其必受绳的拉力FT=Mg和安培力F安=BIL=
.若摩擦力向左,且满足
+μmg=Mg,代入数据解得R1=4Ω;若摩擦力向右,且满足
-μmg=Mg,代入数据解得R2=2.4Ω,所以R的取值范围为2.4Ω≤R≤4Ω,则选A.
5.通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内,放置方式及电流方向如图甲、乙所示,其中L1、L3是固定的,L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动,则下列描述正确的是( )
A.L2绕轴O按顺时针转动B.L2绕轴O按逆时针转动
C.L4绕轴O按顺时针转动D.L4绕轴O按逆时针转动
【答案】BC
【解析】题图甲中由右手螺旋定则可知,导线L1上方磁场垂直纸面向外,且离导线L1的距离越近,磁场越强,导线L2上每一小部分受到的安培力方向水平向右,但轴O下方导线所受安培力较大,所以L2绕轴O按逆时针转动,A错,B对;题图乙中轴O上方导线L4所受安培力向右,轴O下方导线L4所受安培力向左,即L4绕轴O按顺时针转动,C对,D错.
6.(2019·广东肇庆模拟)如图甲所示,电流恒定的通电直导线MN,垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导
轨上,电流方向由M指向N,在两轨间存在着竖直磁场,取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,
当t=0时导线恰好静止,若B按如图乙所示的余弦规律变化,下列说法正确的是( )
A.在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动
B.在最初的一个周期内,导线一直向左运动
C.在最初的半个周期内,导线的加速度先增大后减小
D.在最初的半个周期内,导线的速度先增大后减小
【答案】AD
【解析】当t=0时,由左手定则可知,MN受到向右的作用力,根据F安=BLI,由于B最大,故此时的安培力最大,则MN的加速度最大,随着时间的延长,磁场强度B减小,故加速度减小,而MN的速度在增大,当B=0时,加速度为0,速度最大,当B反向时,安培力也会反向,则加速度也反向,MN做减速运动,到半个周期时,MN减速到0,此时的加速度反向最大,然后MN再反向运动,到一个周期时MN又回到原出发的位置,故在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动,选项A正确,B错误;在最初的半个周期内,导线的加速度先减小后增大,而其速度则是先增大后减小,故选项C错误,D正确.
7.(2019·汕头模拟)如图是磁电式电流表的结构,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,线圈中a、b两条导线长均为l,通以图示方向的电流I,两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则( )
A.该磁场是匀强磁场B.线圈平面总与磁场方向垂直
C.线圈将顺时针转动D.a、b导线受到的安培力大小总为BIl
【答案】CD
【解析】.匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等,方向处处相同,由图可知,选项A错误;在图示的位置,a受向上的安培力,b受向下的安培力,线圈顺时针转动,选项C正确;易知选项B错误;由于磁感应强度大小不变,电流大小不变,则安培力大小始终为BIl,选项D正确.
8.如图所示,两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°,金属杆ab垂直导轨放置,导轨与金属杆接触良好.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中.当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态,要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是( )
A.增大磁感应强度BB.调节滑动变阻器使电流增大
C.增大导轨平面与水平面间的夹角θD.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变
【答案】AB
【解析】.对金属杆受力分析,沿导轨方向:
-mgsinθ=0,若想让金属杆向上运动,则
增大,A、B正确;若增大θ,则mgsinθ增大,C错误;若电流反向,则金属杆受到的安培力反向,D错误.
9.(2019·山西太原模拟)一金属条放置在相距为d的两金属轨道上,如图所示.现让金属条以v0的初速度从AA′进入水平轨道,再由CC′进入半径为r的竖直圆轨道,金属条到达竖直圆轨道最高点的速度大小为v,完成圆周运动后,再回到水平轨道上,整个轨道除圆轨道光滑外,其余均粗糙,运动过程中金属条始终与轨道垂直且接触良好.已知由外电路控制流过金属条的电流大小始终为I,方向如图中所示,整个轨道处于水平向右的匀强磁场中,磁感应强度为B,A、C间的距离为L,金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动.重力加速度为g,则由题中信息可以求出( )
A.金属条的质量B.金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向
C.金属条运动到DD′时的瞬时速度D.金属条与水平粗糙轨道间的动摩擦因数
【答案】ABD
【解析】在圆轨道最高点,由牛顿第二定律,有BId+mg=m
,所以选项A正确;由题中信息可求出金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向,选项B正确;由于不知道CD间距,故不能求出金属条运动到DD′时的瞬时速度,所以选项C错误;由动能定理得-(mg+BId)·2r-μ(mg+BId)·L=
mv2-
mv02,所以选项D正确.
10.光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心.两金属轨道之间的宽度为0.5m,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5T.质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属水平轨道上的M点.当在金属细杆内通以电流强度为2A的恒定电流时,金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动.已知MN=OP=1m,则下列说法中正确的是( )
A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5m/s
C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10m/s2D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N
【答案】D
【解析】.金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小F安=BIL=0.5×2×0.5N=0.5N,金属细杆开始运动时的加速度大小为a=
=10m/s2,选项A错误;对金属细杆从M点到P点的运动过程,安培力做功W安=F安·(MN+OP)=1J,重力做功WG=-mg·ON=-0.5J,由动能定理得W安+WG=
mv2,解得金属细杆运动到P点时的速度大小为v=
m/s,选项B错误;金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为a′=
=20m/s2,选项C错误;在P点金属细杆受到轨道水平向左的作用力F和水平向右的安培力F安,由牛顿第二定律得F-F安=
,解得F=1.5N,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75N,由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N,选项D正确.
11.如图所示,两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上,将一根金属棒PQ放在导轨上,使其水平且始终与导轨保持良好接触.现在金属棒PQ中通以变化的电流I,同时释放金属棒PQ使其运动.已知电流I随时间变化的关系为I=kt(k为常数,k>0),金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数一定.以竖直向下为正方向,则下面关于金属棒PQ的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中,可能正确的是( )
【答案】B
【解析】因为开始时金属棒PQ加速度方向向下,与速度方向相同,做加速运动,加速度逐渐减小,即做加速度逐渐减小的变加速运动,然后加速度方向向上,加速度逐渐增大,做加速度逐渐增大的变减速运动,故A错误,B正确;根据牛顿第二定律得,金属棒PQ的加速度a=
,Ff=μFN=μFA=μBIL=μBLkt,联立解得加速度a=g-
,与时间成线性关系,故C错误;t=0时刻无电流,无安培力,只有重力,加速度竖直向下,为正值,故D错误.
12.如图所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为l,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源.将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上,且与两轨道垂直.已知通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止.
(1)求磁场对导体棒的安培力的大小;
(2)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值和方向.
【答案】
(1)mgtanα
(2)
垂直轨道平面斜向上
【解析】
(1)导体棒受力如图所示
根据共点力平衡条件可知,磁场对导体棒的安培力的大小F安=mgtanα.
(2)要使磁感应强度最小,则要求安培力最小.根据受力情况可知,最小安培力F安min=mgsinα,方向平行于轨道斜向上
所以最小磁感应强度Bmin=
=
根据左手定则可判断出,此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上.
13.如图所示,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强
度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为
12V的电池相连,电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平
衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒
所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.
【答案】安培力的方向竖直向下,金属棒的质量为0.01kg
【解析】依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下.
开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长了Δl1=0.5cm.由胡克定律和力的平衡条件得
2kΔl1=mg①
式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小.
开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为
F=BIL②
式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长了Δl2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得2k(Δl1+Δl2)=mg+F③
由欧姆定律有E=IR④
式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻.
联立①②③④式,并代入题给数据得m=0.01kg.
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