金版教程届高三物理人教新课标一轮总复习练习第8章 磁场81b.docx
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金版教程届高三物理人教新课标一轮总复习练习第8章磁场81b
板块四限时·规范·特训
时间:
45分钟
满分:
100分
一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分。
其中1~7为单选,8~12为多选)
1.[2015·西安八校联考]如图所示,空间中存在一匀强磁场,将长度为L的直导线放置在y轴上,当通以大小为I、沿y轴负方向的电流后,测得其受到的安培力大小为F,方向沿x轴正方向。
则关于磁感应强度的方向和大小,说法正确的是( )
A.只能沿x轴正方向
B.可能在xOy平面内,大小为
C.可能在xOz平面内,大小为
D.可能在yOz平面内,大小为
答案 D
解析 电流I沿y轴负方向,安培力大小为F,沿x轴正方向,若B=
,则B与I不垂直,但要求B的两个分量,一个沿z轴正向,一个平行y轴,那只能在yOz平面内,选项D正确,A、B、C错误。
2.[2016·郑州质量预测]目前世界上输送功率最大的直流输电工程——哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。
高压直流输电具有无感抗、无容抗、无同步问题等优点。
已知某段直流输电线长度l=200m,通有从西向东I=4000A的恒定电流,该处地磁场的磁感应强度B=5×10-5T,磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5°(sin5°≈0.1)。
则该段导线所受安培力的大小和方向为( )
A.40N,向北与水平面成85°角斜向上方
B.4N,向北与水平面成85°角斜向上方
C.4N,向南与水平面成5°角斜向下方
D.40N,向南与水平面成5°角斜向下方
答案 A
解析 地磁场方向与电流方向垂直,由安培力F=BIl=40N,B、C项错;由左手定则可知,电线所受安培力方向向北与水平面成85°角斜向上方,A项正确,D项错。
3.[2015·河北百校联盟]用一根导线围成如图所示的回路KLMN,
是半径分别为ON、OM的同心圆弧,O为圆心,KL和NM沿圆的半径方向,一圆环和KLMN在同一平面内,圆环的圆心也在O点,在圆环和回路KLMN中分别通以如图所示的恒定电流I1、I2,圆环固定,则下列说法正确的是( )
A.圆环对KN段圆弧的斥力大于对LM段圆弧的引力
B.圆环对KL段和对MN段的安培力等大反向
C.回路KLMN将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动
D.回路KLMN将在纸面内向左平动
答案 D
解析 如图,圆环上的电流I1在KLMN平面所在处的磁场方向由安培定则知,方向向里。
连结LM,MNKL段和ML圆弧段的有效长度均可等效为ML直线,但ML圆弧所在处磁感应强度小,所受安培力方向向右,比MNKL段受力小,MNKL受安培力合力向左,所以选项D正确、C错误。
圆环对KN段圆弧为引力,故A选项错误。
圆环对KL段和对MN段的安培力方向不是反向,故B选项错误。
4.[2016·河北唐山调研]如图所示,两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨宽度为L,一端与电源连接。
一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ=
,在安培力的作用下,金属棒以v0的速度向右匀速运动,通过改变磁感应强度的方向,可使流过导体棒的电流最小,此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为( )
A.37°B.30°
C.45°D.60°
答案 B
解析 本题考查通电导体棒在磁场中的平衡问题。
由题意对棒受力分析,设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角,则有BILcosθ=μ(mg-BILsinθ)
整理得BIL=
电流有最小值,就相当于安培力有最小值,最后由数学知识解得:
θ=30°,则A、C、D错,B对。
5.[2014·课标全国卷Ⅰ]关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( )
A.安培力的方向可以不垂直于直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
答案 B
解析 安培力的方向、磁感应强度的方向及电流的方向满足左手定则,所以安培力的方向既垂直于直导线,也垂直于磁场的方向,所以选项B正确、A错误;当通电直导线与磁场方向垂直时,安培力最大F=BIl,当通电直导线与磁场方向平行时,安培力最小为零,故选项C错误;将直导线从中点折成直角,直导线在磁场中的有效长度可能变为原来的
,安培力的大小可能变为原来的一半(而不是一定),故选项D错。
6.[2015·合肥二检]如图所示为电流天平,它的右臂挂着矩形线圈,匝数为n,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度大小为B、方向与线圈平面垂直。
当线圈中通过方向如图所示的电流I时,调节砝码使两臂达到平衡。
然后使电流反向,大小不变。
这时为使天平两臂再达到新的平衡,则需( )
A.在天平右盘中增加质量m=
的砝码
B.在天平右盘中增加质量m=
的砝码
C.在天平左盘中增加质量m=
的砝码
D.在天平左盘中增加质量m=
的砝码
答案 D
解析 由左手定则可知电流方向反向后,安培力方向竖直向下,故要使天平再次达到新的平衡,需要在天平的左盘中增加砝码,A、B错。
由于天平是等臂杠杆,故左盘增加砝码的重力大小等于右盘增加的安培力,右盘安培力增加量为ΔF=2nBIL,故由ΔF=mg,可得m=
,C错,D对。
7.如图所示,一圆环用细橡皮筋悬吊着处于静止状态,环中通以逆时针方向的电流,在环的两侧放有平行于橡皮筋的直导线,导线和环在同一竖直面内,两导线到橡皮筋的距离相等。
现在直导线中同时通以方向如图所示、大小相等的电流,则通电的瞬间( )
点击观看解答视频
A.环将向右摆动
B.俯视看环会发生顺时针转动
C.橡皮筋会被拉长
D.环有收缩的趋势
答案 D
解析 直导线通电后,由安培定则可知,两导线间平面上的磁场方向垂直于纸面向里,由于磁场分布具有轴对称性,将圆环分成若干段小的直导线,由左手定则可知,各段受到的安培力都指向圆心,根据对称性可知,它们的合力为零,因此环不会摆动,也不会转动,橡皮筋的拉力也不会增大,只是环有收缩的趋势,A、B、C项错误,D项正确。
8.图中装置可演示磁场对通电导线的作用。
电磁线圈上、下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。
当电磁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动。
下列说法正确的是( )
A.若a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,则L向右滑动
B.若a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,则L向右滑动
C.若a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,则L向左滑动
D.若a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,则L向左滑动
答案 BD
解析 若a接正极,b接负极,电磁铁磁极间磁场方向向上,e接正极,f接负极,由左手定则判定金属杆所受安培力向左,则L向左滑动,A选项错误,同理判定B、D选项正确,C选项错误。
9.质量为m的金属细杆置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,杆与导轨间的动摩擦因数为μ,有电流通过杆,杆恰好静止于导轨上,在如图所示的A、B、C、D四个图中,杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是( )
答案 CD
解析 选项A中,通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态,如图甲所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。
当安培力变大或变小时,细杆有上滑或下滑的趋势,于是有静摩擦力产生。
选项B中,通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态,如图乙所示,所以杆与导轨间的摩擦力可能为零。
当安培力减小时,细杆还受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力,也可能处于静止状态。
选项C和D中,通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势,故一定受到沿导轨向上的静摩擦力,如图丙、丁所示,所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零。
故正确答案为C、D。
10.有两根长直导线a、b互相平行放置,如图所示为垂直于导线的截面图。
在如图所示的平面内,O点为两根导线连线的中点,M、N为两导线连线的中垂线上两点,与O点的距离相等,aM与MN的夹角为θ。
若两导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流I,单根导线中的电流在M处产生的磁感应强度大小为B0,则关于线段MN上各点的磁感应强度,下列说法中正确的是( )
点击观看解答视频
A.M点和N点的磁感应强度方向一定相同
B.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0cosθ
C.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0sinθ
D.在线段MN上有磁感应强度为零的点
答案 AC
解析 作出两根导线在M、N两处产生的磁感应强度,并根据平行四边形定则求出合磁感应强度,M、N两处磁感应强度相同,大小为B=2B0sinθ,选项A正确、B错误,选项C正确;线段MN上各点磁场方向均水平向右且不为零,选项D错误。
11.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且足够长的水平光滑导轨上,电流方向由M指向N,在两导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,若磁感应强度B按如图乙所示的规律变化,则下列说法正确的是( )
A.在最初的一个周期内,导线在导轨上做往复运动
B.在最初的一个周期内,导线一直向左运动
C.导线一直做加速度不变的匀加速直线运动
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 由安培力的表达式F=BIL结合题图乙可知,安培力F在一个周期内随磁感应强度B的变化而变化,在前
周期内,安培力F大小方向均不变,加速度大小方向均不变,由于初速度为零,所以导线在水平方向上向右做匀加速直线运动;在
周期到
周期内,磁场方向改变,安培力方向改变,加速度方向改变,速度减小,至
周期时速度减小到零,所以D项正确;而后在
周期到
周期内,导线MN反向加速,在一个周期结束时又回到原来的位置,即做往复运动,所以A项正确,B、C错误。
12.光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为L=20cm的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60g、电阻R=1Ω、长为L的导体棒ab,用长也为L的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ=53°角,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态,导轨电阻不计,sin53°=0.8,g=10m/s2则( )
点击观看解答视频
A.磁场方向一定竖直向下
B.电源电动势E=3.0V
C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3N
D.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048J
答案 AB
解析 导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直向下,A对;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知BIL·Lsinθ-mgL(1-cosθ)=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3A,由E=IR得电源电动势E=3.0V,B对;由F=BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F=0.3N,C错;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和,即W=Q+ΔE,而ΔE=mgL(1-cosθ)=0.048J,D错。
二、非选择题(本题共2小题,共40分)
13.(20分)如图所示,在磁感应强度B=1.0T,方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab。
已知接在滑轨中的电源电动势E=12V,内阻不计。
ab杆长L=0.5m,质量m=0.2kg,杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计。
求:
要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?
(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留一位有效数字)
答案 3Ω≤R≤5Ω
解析 分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示。
当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示。
由平衡条件得
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=B
L,解得R1=5Ω。
当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示。
由平衡条件得
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=B
L,解得R2=3Ω。
所以,要使ab杆保持静止,
R的取值范围是3Ω≤R≤5Ω。
14.(20分)如图所示,MN是一根长为l=10cm,质量m=50g的金属棒,用两根长度也为l的细软导线将导体棒MN水平吊起,使金属棒处在B=
T的竖直向上的匀强磁场中,未通电流时,细导线在竖直方向,通入恒定电流后,金属棒向外偏转的最大偏角θ=37°,忽略磁场对软导线的作用力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2,求金属棒中恒定电流的大小。
答案 I=5A
解析 金属棒向外偏转的过程中,受重力mg、导线拉力FT、安培力F共三个力的作用,其中导线的拉力不做功,由动能定理得WF+WG=0
其中WF=Flsinθ=BIl2sinθ
WG=-mgl(1-cosθ)
金属棒中的电流为I=
解得I=5A。
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