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【金版教程】2014高考物理一轮复习 课时作业22 磁场及磁场对电流的作用


课时作业(二十二)

磁场及磁场对电流的作用
)

1.(2013·皖南月考)关于磁通量的概念,以下说法中正确的是( A.磁通量发生变化,一定是磁场发生变化引起的 B.磁感应强度越大,穿过闭合回路的磁通量也越大 C.磁感应强度越大,线圈面积越大,则穿过线圈的磁通量也越大 D.穿过线圈的磁通量为零,但该处的磁感应强度不一定为零

2.在赤道上,地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场,磁感应强度 是 5×10
-5

T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线,长 40 m,载有 20 A 的电流,地磁 ) B.2.5×10 D.4×10
-2 -5

场对这根导线的作用力大小是( A.4×10 C.9×10
-8

N N

N

-4

N

3.如图所示,半径为 R 的圆线圈共有 n 匝,其中心位置处半径为 r 的虚 线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为 B,则穿过线 圈的磁通量为( A.π BR
2

) B.π Br
2

C.nπ BR

2

D.nπ Br

2

4.两个完全相同的圆形线圈, 如图所示, 穿在一根绝缘的光滑水平横杆 上,分别通以方向相同的电流 I1、I2,则( A.两线圈相互吸引 C.两线圈静止 ) B.两线圈相互排斥 D.两线圈先吸引后排斥

5.一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所 示.如果直导线可以自由地运用且通以由 a 到 b 的电流,则判断导线 ab 受磁场力后的运动情况( )

A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 6. 如图所示, 一根通电直导线放在磁感应强度 B=1 T 的匀强磁场中, 在以导线为圆心, 半径为 r 的圆周上有 a、b、c、d 四个点,若 a 点的实际磁感应强度为 0,则下列说法中正 确的是( )

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A.直导线中电流方向是垂直纸面向里的 B.c 点的实际磁感应强度也为 0 C.d 点实际磁感应强度为 D.以上均不正确 7.如图所示,质量为 m、长为 L 的导体棒电阻为 R,初始时静止于 光滑的水平轨道上,电源电动势为 E,内阻不计.匀强磁场的磁感应强 度为 B, 其方向与轨道平面成 θ 角斜向上方, 开关闭合后导体棒开始运 动,则( ) 2 T,方向斜向右下方,与 B 的夹角为 45°

A.导体棒向左运动 B.开关闭合瞬间导体棒 MN 所受安培力为 C.开关闭合瞬间导体棒 MN 所受安培力为 D.开关闭合瞬间导体棒 MN 的加速度为

BEL R BELsin θ R

BELsin θ mR

8.如图所示,条形磁铁放在光滑斜面上,用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡,A 为水 平放置的直导线的截面,导线中无电流时磁铁对斜面的压力为 FN1;当导线中有垂直纸面向 外的电流时,磁铁对斜面的压力为 FN2,则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是 ( )

A.FN1<FN2,弹簧的伸长量减小 B.FN1=FN2,弹簧的伸长量减小 C.FN1>FN2,弹簧的伸长量增大 D.FN1>FN2,弹簧的伸长量减小 9.如图所示,通电直导线 E 垂直纸面放置,通电电流方向 I 指向纸里,通电矩形线圈 ABCD 在直导线的右侧,线圈平面与纸面 平行,电流 I1 的方向为逆时针,A、D 两点与直导线距离相等,对 矩形线圈在磁场作用下运动情况的正确叙述是( A.以直导线为轴,在纸面上逆时针转动 B.在纸面沿虚线 OO′向右移动 C.以 OO′为轴,AB 边垂直纸面向里运动,CD 边垂直纸面向外运动 D.以 OO′为轴,AB 边垂直纸面向外运动,CD 边垂直纸面向里运动,同时靠近导线 E )

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10.如图所示,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 0.5 m,匀强磁场方向如图, 大小为 0.5 T.质量为 0.05 kg、长为 0.5 m 的金属细杆置于金属轨 道上的 M 点.当在金属细杆内通以电流强度为 2 A 的恒定电流时,金 属细杆可以沿杆向右由静止开始运动.已知 MN=OP=1 m,则( A.金属细杆开始运动的加速度为 5 m/s
2

)

B.金属细杆运动到 P 点时的速度大小为 5 m/s C.金属细杆运动到 P 点时的向心加速度大小 10 m/s
2

D.金属细杆运动到 P 点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75 N 11.如图所示,两平行金属导轨间的距离 L=0.40 m,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=0.50 T、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=4.5 V、内阻 r=0.50 Ω 的直流电源.现把一个质量 m=0.040 kg 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=2.5 Ω ,金属导轨电阻不计,g 取 10 m/s ,已知 sin 37°=0.60,cos 37°=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. 12.如图所示,电源电压 E=2 V,内阻不计,竖直导轨电阻不 计,金属棒的质量 m=0.1 kg,R=0.5 Ω ,它与导轨间的动摩擦因 数 μ =0.4,有效长度为 0.2 m,靠在导轨外面,为使金属棒不动, 施一与纸面夹角 37°且垂直于金属棒向里的磁场(g=10 m/s ,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).求: (1)此磁场是斜向上还是斜向下? (2)B 的范围是多少? 答案: 课时作业(二十二) 1.D 由 Φ =BScos θ 可知:磁通量发生变化,可能是 B 或 S 或 θ 发生变化,故 A 错;磁通量的大小除了与 B 和 S 有关外,还与磁场方向与线圈平面间的夹角有关,当夹角为 零时 Φ =0,但该处的磁感应强度不一定为零,故 B、C 错,D 对. 2.D 磁场方向是南北方向,电流方向是东西方向,它们相互垂直,可以利用公式 F=
2 2

BIL 来计算此安培力的大小.
3.B

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4.A 通电线圈分别 两线圈之 实验结论:同向 两线圈相 处于对方产 ― 间存在相 → ― → ― 吸引,异向排斥 互吸引 生的磁场中 互作用 5.D

判断导线的转动方向可用电流元法:把直线电流等效为 aO、OO′、O′b 三段(OO′段 极短)电流元,由于 OO′段电流方向与该处的磁场方向相同,所以不受安培力作用;aO 段电 流元所在处的磁场方向斜向上,由左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外;O′b 段 电流元所在处的磁场方向斜向下, 同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里, 综上可知导线 将以 OO′段为轴逆时针转动(从上向下看)并靠近螺线管. 6.AC 题中的磁场是由直导线电流的磁场和匀强磁场共同形成的,磁场中任一点的磁

感应强度应为两磁场分别产生的磁感应强度的矢量和.a 处磁感应强度为 0,说明直导线电 流在该处产生的磁感应强度大小与匀强磁场的磁感应强度大小相等、 方向相反, 可得直导线 中电流方向应是垂直纸面向里. 在圆周上任一点, 由直导线电流产生的磁场的磁感应强度大 小均为 B=1 T,方向沿圆周切线方向,可知 c 点的磁感应强度大小为 2 T,方向向右.d 点 的磁感应强度大小为 2 T,方向与 B 成 45°角斜向右下方. 7.BD 磁场方向与导体棒垂直,导体棒所受安培力 F=BIL=

BEL ,方向为垂直于磁场 R

方向与导线方向所确定的平面斜向下,其有水平向右的分量,故 A、C 错误,B 正确.导体 棒的合力 F 合=Fcos (90°-θ )=Fsin θ ,由 a= 8.C

F合 BELsin θ 得 a= ,D 正确. m mR

采用“转换研究对象法”: 由于条形磁铁的磁感线是从 N 极出发到 S 极, 所以可画出 磁铁在导线 A 处的一条磁感线,此处磁感应强度方向斜向左下方,如图,导线 A 中的电流垂 直纸面向外, 由左手定则可判断导线 A 必受斜向右下方的安培力, 由牛顿第三定律可知磁铁 所受作用力的方向是斜向左上方,所以磁铁对斜面的压力减小,即 FN1>FN2,同时,由于导 线 A 比较靠近 N 极,安培力的方向与斜面的夹角小于 90°,所以对磁铁的作用力有沿斜面 向下的分力,使得弹簧弹力增大,可知弹簧的伸长量增大,所以正确选项为 C. 9. 由安培定则可知 E 的磁感线为顺时针方向的同心圆, D 再由左手定则可判断出线圈 以 OO′为轴,AB 边垂直纸面向外运动,CD 边垂直纸面向里运动,转动后 AD 边和 E 电流同
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向而相吸,BC 边和 E 电流反向而相斥,引力大于斥力而靠近 E,D 对. 10.D 金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小 FA=BIL=0.5×2×0.5 N= 0.5 N,金属细杆开始运动的加速度为 a=FA/m=10 m/s ,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 WA=FA×(MN+OP)=1 J,重力做功 WG=-mg×ON=-0.5 J, 1 2 由动能定理得 WA+WG= mv ,解得金属细杆运动到 P 点时的速度大小为 v= 20 m/s,选项 B 2 错误;金属细杆运动到 P 点时的加速度可分解为水平方向的向心加速度和竖直方向的加速 度,水平方向的向心加速度大小为 a′=v /r=20 m/s ,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,水平向右的安培力 FA,由牛顿第二定律得 F-FA=mv /r,解得 F =1.5 N,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为 0.75 N,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 0.75 N,选项 D 正确. 11.解析: (1)根据闭合电路欧姆定律
2 2 2 2

E I= =1.5 A. R0+r

(2)导体棒受到的安培力

F 安=BIL=0.30 N.
(3)导体棒受力如图,将重力正交分解

F1=mgsin 37°=0.24 N F1<F 安,根据平衡条件 mgsin 37°+Ff=F 安
解得 Ff=0.06 N. 答案: (1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N 方向沿斜面向下 12.解析: (1)安培力的方向应与磁场方向垂直,

若磁场斜向上,金属棒与导轨间没有压力,不会静止,故磁场必斜向下. (2)从左向右看平面图如图所示,当磁感应强度较大金属棒有向上运动趋势时,摩擦力
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方向向下,满足竖直方向合力为零,取临界条件进行研究:

F 安 cos 53°=mg+μ F 安 sin 53° ELBmax F 安=ILBmax= ,Bmax=4.5 T. R

当磁感应强度较小时,金属棒有向下运动的趋势,摩擦力方向向下.如图所示.

F′安 cos 53°+μ F′安 sin 53°=mg ELBmin F′安安=ILBmin= R Bmin=1.4 T,则 1.4 T≤B≤4.5 T
答案: (1)斜向下 (2)1.4 T≤B≤4.5 T

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