2025届高考物理一轮复习专项练习课时规范练29磁场的描述磁吃电流的作用

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1.
(电流的相互作用)如图所示是一位同学制作的实验装置:柔软弹簧竖直悬挂,下端恰与铜片接触。当开关闭合后,弹簧时伸时缩,灯泡时明时暗。关于这个实验现象,下列说法中正确的是( )
A.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩
B.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长
C.弹簧收缩与铜片分离时,通过灯泡的电流较小,灯泡暗淡
D.弹簧伸长与铜片接触时,通过灯泡的电流较大,灯泡明亮
2.
(多选)(安培定则、磁场的叠加)无限长通电直导线在周围某一点产生的磁场的磁感应强度B的大小与电流成正比,与导线到这一点的距离成反比,即B=k(式中k为常数)。如图所示,两根相距L的无限长直导线MN通有大小相等、方向相反的电流,a点在两根导线连线的中点,b点在a点正上方且距两根直导线的距离均为L,下列说法正确的是( )
A.a点和b点的磁感应强度方向相同
B.a点和b点的磁感应强度方向相反
C.a点和b点的磁感应强度大小之比为4∶
D.a点和b点的磁感应强度大小之比为4∶1
3.
(安培力)正三角形金属框架ABC边长为a,将其放置在水平绝缘桌面上,俯视图如图所示。现施加竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场,将AC接入电路,图中电流表示数为I,金属框架静止。则( )
A.金属框架所受的安培力为0
B.金属框架所受摩擦力大小为BIa
C.金属框架所受摩擦力方向水平向左
D.若增大磁感应强度B,金属框架一定静止
4.
(多选)(安培力作用下导体的平衡)如图所示,在倾角θ=30°的光滑轨道上,质量m=0.1 kg的AB杆放在轨道上,轨道间距l=0.2 m,电流I=0.5 A。当加上垂直于杆AB的某一方向的匀强磁场后,杆AB处于静止状态,则所加磁场的磁感应强度可能为( )

A.1 TB.5.5 TC.4 TD.7.5 T
5.
(安培力作用下导体的运动)如图所示,一通电金属环固定在绝缘的水平面上,在其左端放置一可绕中点O自由转动且可在水平方向自由移动的竖直金属棒,中点O与金属环在同一水平面内,当在金属环与金属棒中通有图示方向的电流时,则( )
A.金属棒始终静止不动
B.金属棒的上半部分向纸面外转,下半部分向纸面里转,同时靠近金属环
C.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时靠近金属环
D.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时远离金属环
6.
(多选)(安培力作用下物体的平衡及运动)如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨,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=20 cm的光滑圆弧金属导轨相接,导轨宽度为20 cm,电阻不计。导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。一根导体棒ab垂直导轨放置,质量m=60 g、电阻R=1 Ω,用两根长也为20 cm的绝缘细线悬挂,导体棒恰好与导轨接触。当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,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。导体棒ab速度最大时,细线与竖直方向的夹角θ=53°(sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,g取10 m/s2),则( )
A.磁场方向一定竖直向上
B.电源的电动势E=8 V
C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=8 N
D.导体棒摆动过程中的最大动能为0.08 J
素养综合练
7.
超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船,如图是电磁船的简化原理图,AB和CD是与电源相连的导体板,AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场(磁场由固定在船上的超导线圈产生,其独立电路部分未画出),以下说法正确的是( )
A.使船前进的力,是磁场对海水中电流的安培力
B.要使船前进,海水中的电流方向从CD板指向AB板
C.同时改变磁场的方向和电源正负极,推进力方向将与原方向相反
D.若接入电路的海水电阻为R,其两端的电压为U,则船在海水中前进时,AB与CD间海水中的电流强度小于
8.三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形,在导线中通过的电流均为I,方向如图所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的角平分线上,且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3,下列说法正确的是( )
A.B1=B2B.B1=B2=B3
C.a和c处磁场方向垂直于纸面向外,b处磁场方向垂直于纸面向里
D.a处磁场方向垂直于纸面向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里
9.(多选)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流相等。矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是( )
A.均向左
B.均向右
C.a的向左,b的向右
D.a的向右,b的向左
10在倾角为θ的斜面上固定两根足够长的光滑平行金属导轨PQ、MN,相距为L,导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下。有两根质量均为m的金属棒a、b,先将a棒垂直导轨放置,用跨过光滑定滑轮的细线与物块c连接,连接a棒的细线平行于导轨,由静止释放c,此后某时刻,将b也垂直导轨放置,a、c此刻起做匀速运动,b棒刚好能静止在导轨上。a棒在运动过程中始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计。则( )
A.物块c的质量是msin θ
B.b棒放上导轨前,物块c减少的重力势能等于a、c增加的动能
C.b棒放上导轨后,物块c减少的重力势能等于回路消耗的电能
D.b棒放上导轨后,a棒中电流大小是
11.如图甲所示,固定的两光滑导体圆环相距1 m。在两圆环上放一导体棒,圆环通过导线与电源相连,电源的电动势为3 V,内阻为0.2 Ω,导体棒质量为60 g,接入电路的电阻为1.3 Ω,圆环电阻不计,匀强磁场竖直向上。开关S闭合后,棒可以静止在圆环上某位置,该位置对应的半径与水平方向的夹角为θ=37°,如图乙所示,(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)求:
(1)棒静止时受到的安培力的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度的大小。
参考答案
课时规范练29 磁场的描述
磁场对电流的作用
1.A 有电流通过弹簧时,各环形电流同向,相互吸引致使弹簧收缩,选项A正确、B错误;弹簧伸长与铜片接触,弹簧电阻与灯泡并联,电路中总电阻较小,电流较大,灯泡两端电压较小,灯泡较暗淡;弹簧收缩与铜片分离时,电路中总电阻较大,电流较小,灯泡两端电压较大,灯泡较明亮,选项C、D错误。
2.AD 设通电导线在距离L处产生的磁感应强度大小为B0,两导线MN在b点产生的磁感应强度方向成120°角,磁感应强度的矢量合为B0,方向垂直MN向下;两导线MN在a点产生的磁感应强度大小均为2B0,磁感应强度的矢量合为4B0,方向垂直MN向下;所以a点和b点的磁感应强度方向相同,大小之比为4∶1,故A、D正确。
3.B 导线ABC的等效长度为AC边长度,由左手定则可知,两段导线所受安培力方向水平向左,即安培力合力不为0,A错误;由于电流表示数为I,即为导线AC和ABC的电流之和,由于导线ABC的等效长度为AC边长度,故金属框架所受的安培力合力为F=BIABCL+BIACL=BIa,由平衡条件可知,金属框架所受摩擦力大小为BIa,由于安培力合力方向水平向左,故金属框架所受摩擦力方向水平向右,B正确、C错误;若增大磁感应强度B,金属框架所受安培力增大,如果安培力大于最大静摩擦力,金属框架会运动,D错误。
4.BD
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,根据平衡条件支持力和安培力的合力应与重力等大反向,根据矢量三角形合成法则作出合成图如图,由图可以看出当安培力F与支持力垂直时有最小值Fmin=mgsinθ,即BminIl=mgsinθ,解得Bmin=5T,B、D正确,A、C错误。
5.B 由通电金属环产生的磁场特点可知,其在金属棒的上半部分产生的磁场有水平向左的分量,由左手定则可判断金属棒上半部分受到方向向外的安培力,故向纸面外转;同理可判断金属棒的下半部分向纸面里转。当金属棒转动到水平面时,由同向电流相吸,反向电流相斥可知,金属棒同时在靠近金属环,B正确。
6.BD 当开关S闭合时,导体棒向右摆动,说明其所受安培力水平向右,由左手定则可知,磁场方向竖直向下,故A错误;设电路中电流为I,电源的电动势为E,导体棒ab所受安培力为F,导体棒ab速度最大时,细线与竖直方向的夹角θ=53°,则tanθ=,由F=BIL=BL,得F=0.8N,E=8V,故B正确,C错误;根据动能定理得FLsin53°-mgL(1-cs53°)=Ek-0,解得Ek=0.08J,故D正确。
7.D 根据题述,AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场,海水中该部分为导体,与导体板和电源构成回路,海水通电后受到安培力作用,磁场对海水有向后的作用力,根据牛顿第三定律,海水对磁场(海水对超导电磁船)有向前的作用力,该力是使船前进的力,选项A错误;根据左手定则,要使船前进,海水中的电流方向从AB板指向CD板,选项B错误;同时改变磁场的方向和电源正负极,推进力方向将与原方向相同,选项C错误;若接入电路的海水电阻为R,其两端的电压为U,则船在海水中前进时,由于可视为导线的海水切割磁感线要产生与电流方向相反的感应电动势,所以AB与CD间海水中的电流强度小于,选项D正确。
8.A 由安培定则判断,对a和b,其临近的两条导线在a和b点产生的磁感应强度等大方向,磁感应强度相互抵消,则a和b处的磁感应强度就等于远离的那条导线产生的磁感应强度,有B1=B2;对c,其临近的两条导线在c产生的磁感应强度等大同向,磁感应强度叠加,而远离c的那条导线在c产生的磁感应强度小于其临近的导线在c产生的磁感应强度,且方向相反,在c处的磁感应强度B3大于a和b处的磁感应强度B1和B2,A正确、B错误;由安培定则判断可得a和b处磁场方向垂直于纸面向外,c处磁场方向垂直于纸面向里,C、D错误。
9.CD 由右手螺旋定则可知,两直线平行长直导线通过同向电流时,在导线之间产生方向相反的磁场,再由安培定则可知,方向相反的磁场对电流方向相反的线框的两条边产生方向相同的安培力,不可能使线框处于静止状态,故选项A、B错误,选项C、D正确。
10.D b棒静止说明b棒受力平衡,即安培力和重力沿斜面向下的分力平衡,a棒匀速向上运动,说明a棒所受绳的拉力和重力沿斜面向下的分力以及沿斜面向下的安培力三个力平衡,c匀速下降,则c所受重力和绳的拉力大小平衡。由b平衡可知,安培力大小F安=mgsinθ,由a平衡可知F绳=F安+mgsinθ=2mgsinθ,由c平衡可知F绳=mcg,因为绳中拉力大小相等,故2mgsinθ=mcg,即物块c的质量为2msinθ,A错误;b放上之前,根据能量守恒知,a增加的重力势能与a、c增加的动能之和等于c减小的重力势能,B错误;b棒放上导轨后,a匀速上升重力势能在增加,故根据能量守恒知,物块c减少的重力势能等于回路消耗的电能与a增加的重力势能之和,C错误;根据b棒的平衡可知F安=mgsinθ,又因为F安=BIL,故I=,D正确。
11.答案(1)0.8 N (2)0.4 T
解析(1)
对导体棒进行受力分析,如图所示
有=tanθ
解得F=0.8N。
(2)由闭合电路欧姆定律,得I=
解得I=2A
由安培力的公式F=BIL,得B=,
解得B=0.4T。