高考物理专题考点最新模拟题精练专题26 磁场描述与安培力解析版.docx
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高考物理专题考点最新模拟题精练专题26磁场描述与安培力解析版
2015—2020年六年高考物理分类解析
专题26、磁场描述与安培力
一.2020年高考题
1.(2020高考北京卷)如图所示,在带负电荷的橡胶圆盘附近悬挂一个小磁针。
现驱动圆盘绕中心轴高速旋转,小磁针发生偏转。
下列说法正确的是
A.偏转原因是圆盘周围存在电场
B.偏转原因是圆盘周围产生了磁场
C.仅改变圆盘的转动方向,偏转方向不变
D.仅改变圆盘所带电荷的电性,偏转方向不变
【参考答案】B
【命题意图】本题考查电流产生磁场及其相关知识点。
【解题思路】带负电的圆盘高速旋转,相当于一个环形电流,环形电流产生磁场,所以小磁针偏转原因是圆盘周围产生了磁场,选项B正确A错误;仅改变圆盘转动方向,磁场方向变化,小磁针偏转方向变化,选项C错误;仅改变圆盘所带电荷的电性,磁场方向变化,小磁针偏转方向变化,选项D错误。
2.(2020年7月浙江选考)特高压直流输电是国家重点能源工程。
如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流
和
,
。
a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。
不考虑地磁场的影响,则()
A.b点处的磁感应强度大小为0
B.d点处的磁感应强度大小为0
C.a点处的磁感应强度方向竖直向下
D.c点处的磁感应强度方向竖直向下
【参考答案】C
【名师解析】根据题述,由于
,b点处的磁感应强度大小不为0,d点处的磁感应强度大小不为0,选项AB错误;由安培定则和磁场叠加原理可知a点处的磁感应强度方向竖直向下,c点处的磁感应强度方向竖直向上,选项C正确D错误。
二.2019年高考题
1.(2019年4月浙江选考)在磁场中的同一位置放置一条直导线,导线的方向与磁场方向垂直,则下列描述导线受到的安培力F的大小与通过导线的电流的关系图象正确的是
A.
B.
C.
D.
【参考答案】A
【名师解析】
当导线的方向与磁场方向垂直时所受的安培力F=BIL,则描述导线受到的安培力F的大小与通过导线的电流I的关系图象正确的是A;故选A.
2.(2019全国理综I卷17)如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接,已如导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为
A.2FB.1.5FC.0.5FD.0
【参考答案】B
【命题意图】本题考查并联电路、安培力及其相关知识点。
【解题思路】由于由三根相同导体棒组成,MN接在直流电源两端,根据并联电路规律,导体棒ML和LN中电流是导体棒MN中电流的1/2,导体棒MN所受安培力为F,则导体棒ML和LN受到的等效安培力的合力等于0.5F,所以线框受到的安培力大小为1.5F,选项B正确。
【易错提醒】解答此题常见错误主要有:
一是认为闭合线框所受安培力为零,导致错选D;二是认为导体棒ML和LN中电流等于导体棒MN中电流,所受安培力相等,导致错选A;三是导体棒ML和LN中电流是导体棒MN中电流的1/2,方向相反,二者所受安培力方向相反,导致错选C。
3.(2019高考江苏卷物理7)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,通过的电流强度相等.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
【参考答案】CD
【名师解析】要使位于两条导线的正中间的矩形线框在a、b产生的磁场作用下静止,在矩形线框与导线平行的两侧边所受安培力方向必须相反。
若a、b的电流方向相同,则矩形线框与导线平行的两侧边处磁场方向相反,而两侧边电流方向相反,由左手定则可判断出两侧边所受安培力方向相同,不可能在a、b产生的磁场作用下静止.选项AB错误;若a、b的电流方向相反,则矩形线框与导线平行的两侧边处磁场方向相同,而两侧边电流方向相反,由左手定则可判断出两侧边所受安培力方向相反,可以在a、b产生的磁场作用下静止.选项CD正确。
三.2018年高考题
1.(2018海南高考物理)如图,一绝缘光滑固定斜面处于匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,通有电流
的金属细杆水平静止在斜面上。
若电流变为
,磁感应强度大小变为3B,电流和磁场的方向均不变,则金属细杆将()
A.沿斜面加速上滑B.沿斜面加速下滑
C.沿斜面匀速上滑D.仍静止在斜面上
【参考答案】A
【命题意图】此题考查安培力、受力分析、平衡条件、牛顿运动定律及其相关的知识点。
【解题思路】根据左手定则,电流为I的金属细杆所受的安培力平行斜面向上。
设斜面倾角为θ,金属细杆水平静止在斜面上,由平衡条件可知BIL=mgsinθ。
若电流变为
,磁感应强度大小变为3B,电流和磁场的方向均不变,金属细杆所受的安培力变为3B×0.5IL=1.5BIL,大于金属杆重力沿斜面向下的分力mgsinθ,根据牛顿第二运动定律,金属细杆将沿斜面加速上滑,选项A正确。
2.(2018年4月浙江选考)处于磁场B中的矩形金属线框可绕轴OO’转动,当线框中通以电流Ⅰ时,如图所示,此时线框左右两边受安培力F的方向正确的是()
A.
B.
C.
D.
【参考答案】D
【名师解析】根据左手定则可知左侧边受到安培力竖直向上,右侧边受到的安培力竖直向下,故D正确。
3.(2018年4月浙江选考)在城市建设施工中,经常需要确定地下金属管线的位置,如图所示。
有一种探测方法是,首先给金属长直管线通上电流,再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作:
用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点,记为a;
在a点附近的地面上,找到与a点磁感应强度相同的若干点,将这些点连成直线EF;
在地面上过a点垂直于EF的直线上,找到磁场方向与地面夹角为45°的b、c两点,测得b、c两点距离为
由此可确定金属管线
A.平行于EF,深度为L/2B.平行于EF,深度为L
C.垂直于EF,深度为L/2D.平行于EF,深度为L
【参考答案】A
【名师解析】用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点,记为a,说明a点离电流最近;找到与a点磁感应强度相同的若干点,将这些点连成直线EF,故说明这些点均离电流最近,电流应该是平行直线EF;画出左侧视图,如图所示:
b、c间距为L,且磁场方向与地面夹角为
,故深度为L/2,选项A正确,BCD错误;
4.(2018年11月浙江选考物理)电流天平是一种测量磁场力的装置,如图所示。
两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于天平托盘上。
当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零。
下列说法正确的是()
A.当天平示数为负时,两线圈电流方向相同
B.当天平示数为正时,两线圈电流方向相同
C.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力
D.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
【参考答案】A
【名师解析】当天平示数为负时,指针向下偏转,两线圈靠近,根据同向电流相吸,反向电流相斥,可知两线圈电流方向相同,选项A正确B错误;两线圈之间的作用力为作用力和反作用力,线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力等于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力,选项C错误;线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力是磁场力,而托盘对线圈Ⅱ的作用力是弹力,二者性质不同,不是一对相互作用力,选项D错误;
四.2017年高考题
1.(2017·全国理综I卷·19)如图,三根相互平行的固定长直导线L1,L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中相同,与L3中的相反,下列说法正确的是
A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在的平面垂直
B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在的平面垂直
C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场力大小之比为1∶1∶
D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场力大小之比为
∶
∶1
【参考答案】.BC
【命题意图】本题考查安培定则、左手定则、磁场叠加、安培力及其相关的知识点。
【解题思路】由安培定则可判断出电流L2在L1处产生的磁场方向垂直L1和L2的连线竖直向上,电流L3在L1处产生的磁场方向垂直L1和L3的连线指向右下,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场方向在图中等边三角形角L1的平分线上,根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在的平面平行指向右下,选项A错误;由安培定则可判断出电流L2在L3处产生的磁场方向垂直L3和L2的连线指向右上,电流L1在L3处产生的磁场方向垂直L1和L3的连线指向右下,根据磁场叠加原理,L1和L2在L3处产生的合磁场方向在图中水平向右,根据左手定则可判断出L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在的平面垂直,选项B正确;设一根导线中的电流I在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场大小为B,L3和L1在L2处产生的合磁场大小为B,L1和L2在L3处产生的合磁场大小为
B,由安培力公式可知,L1、L2和L3单位长度所受的磁场力大小与该处的磁感应强度成正比,所以L1、L2和L3单位长度所受的磁场力大小之比为1∶1∶
,选项C正确D错误。
2.(2017浙江卷)如图所示,两平行直导线
和
竖直放置,通以方向相反大小相等的电流,a、b两点位于两导线所在的平面内.则
A.b点的磁感应强度为零
B.
导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里
C.
导线受到的安培力方向向右
D.同时改变了导线的电流方向,
导线受到的安培力方向不变
【参考答案】:
D
【名师解析】:
由右手螺旋定则可知.cdJ导线和ef导线在b处产生的磁场方向都垂直纸面向外.所以由矢量合成知b处的磁感应强度垂直纸面向外.故A错误:
由右手螺旋定则知ef导线在左侧产生的磁感应强度垂直纸面向外,故B错误:
由左手定则知.cd导线受到的安培力方向向左.故C错误:
由题意可知,cd导线所处的位置磁汤方向发生改变,但同时自身电流方向向也发生改变,由左手定则知cd导线所受安培力方向不变.故D正确
【易错剖析】解答此题常见错误主要有四方面:
一是安培定则使用判断磁场方向错误;二是磁场合成没有按照平行四边形定则导致错误;三是利用左手定则判断安培力方向错误;四是运用安培力公式判断L1、L2和L3单位长度所受的磁场力大小之比错误。
3.(2017全国II卷·21)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。
矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。
将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。
为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
【参考答案】AD
【名师解析】若将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,当线圈转动到图示位置时,线圈上下两边均受安培力作用而转动,转动一周后再次受到安培力作用而转动,选项A正确;若左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,当线圈转动到图示位置时,线圈上下两边均受安培力作用而转动,转动半周后线圈上下两边受到相反的安培力作用而使其停止转动,选项B错误;若将左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉转动,电路不能接通,线圈不能转动,选项C错误;若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,当线圈转动到图示位置时,线圈上下两边均受安培力作用而转动,转动半周后电路不能接通,转动一周后再次受到安培力作用而转动,选项D正确。
4.(2017江苏物理)如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()
(A)1:
1(B)1:
2(C)1:
4(D)4:
1
【参考答案】A
【名师解析】根据磁通量的定义,当B垂直于S时,穿过线圈的磁通量为Ф=BS,其中S为有磁感线穿过区域的面积,所以图中a、b两线圈的磁通量相等,所以A正确;BCD错误。
5.(2017全国卷Ⅲ)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为
A.0B.
C.
D.2B0
【参考答案】:
C
【名师解析】:
如图1所示,P、Q中电流在a点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,由几何关系有
,如果让P中的电流反向、其他条件不变,如图2所示,由几何关系可知,a点处磁感应强度的大小为
,故选C.
五.2016年高考题
1.(2016北京高考理综)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:
“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。
”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。
结合上述材料,下列说法不正确的是
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
【参考答案】C
【名师解析】
根据题意可得,地理南北极与地磁场存在一个夹角,为磁偏角,故两者不重合,A正确;地磁南极在地理的北极附近,地磁北极在地理南极附近,B正确;由于地磁场磁场方向沿磁感线切线方向,故只有赤道处才与地面平行,C错误;在赤道处磁场方向水平,而射线是带电的粒子,运动方向垂直磁场方向,根据左手定则可得射向赤道的粒子受到的洛伦兹力作用,D正确;
考点:
考查了地磁场
2.(2016高考海南物理)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音。
俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)磁场方向如图中箭头所示,在图(b)中
A.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
【参考答案】BC
【名师解析】由左手定则,可判断出当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外,选项B正确A错误。
当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里,选项C正确D错误。
六.2015年高考题
1.(2015·全国新课标II·18)指南针是我国古代四大发明之一。
关于指南针,下列说明正确的是()
A.指南针可以仅具有一个磁极
B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场
C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转
【参考答案】BC
【名师解析】指南针是一个磁体,它有两个磁极,故A错误;指南针能够指向南北,说明地球具有磁场,故B正确;当附近的铁块磁化,指南针的指向会受到附近铁块的干扰,故C正确;根据安培定则,在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线时,导线通电时会产生磁场,指南针会偏转与导线垂直,故D错误。
2.(2015·江苏)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度,下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方,线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态,若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是()
【参考答案】A
【名师解析】图A中线框所受安培力最大,若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是图A。
.
3.(2015·重庆)(15分)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。
题7图是某音圈电机的原理示意图,它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成,线圈边长为
,匝数为
,磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下,大小为
,区域外的磁场忽略不计。
线圈左边始终在磁场外,右边始终在磁场内,前后两边在磁场内的长度始终相等。
某时刻线圈中电流从P流向Q,大小为
.
(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向。
(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为
,求安培力的功率.
【名师解析】.(15分)
(1)所受安培力的有效长度等于nL,由安培力公式可得线圈所受安培力的大小:
F=nBIL
由左手定则判断出安培力方向:
水平向右。
(2)安培力的功率:
P=Fv=nBILv。
4.(2015·浙江)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡。
线圈的水平边长L=0.1m,竖直边长H=0.3m,匝数为
。
线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0T,方向垂直线圈平面向里。
线圈中通有可在0~2.0A范围内调节的电流I。
挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使得天平平衡,测出电流即可测得物体的质量。
(重力加速度取g=10m/s2)
(1)为使电磁天平的量程达到0.5kg,线圈的匝数
至少为多少
(2)进一步探究电磁感应现象,另选
匝、形状相同的线圈,总电阻
,不接外电流,两臂平衡,如图2所示,保持
不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1m。
当挂盘中放质量为0.01kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率
。
【名师解析】
(1)线圈受到安培力F=N1B0IL,
天平平衡,mg=N1B0IL,
代入数据解得:
N1=25匝。
(2)由法拉第电磁感应定律得E=N2
,
△Φ=△B·S=△B·Ld,
由闭合电路欧姆定律得:
I’=E/R,
线圈受到的安培力:
F’=N2B0I’L,
天平平衡,m’g=F’,
联立解得:
=
,
代入数据解得:
=0.1T/s.
5、(12分)(2015·全国理综I·24)如图,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。
【命题意图】本题主要考查安培力、闭合电路欧姆定律、胡克定律、物体平衡及其相关知识点,意在考查考生运用相关知识解决实际问题的能力。
【名师解析】(12分)
有题意得,开关闭合后,电流方向b指向a,由左手定则可知,金属棒所受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为△l1=0.5cm,由胡克定律和平衡条件得:
2k△l1=mg……
开关闭合后:
F=IBL……
两弹簧各自再伸长为△l2=0.3cm,由胡克定律和平衡条件得:
2k(△l1+△l2)=mg+F……
由欧姆定律得
E=IR……
解得:
m=0.01kg……
(方向正确2分,
到
各2分)
【技巧点拨】由于题述只给出了两弹簧的伸长量改变了0.3cm,所以解答时首先要判断安培力方向,进而得出两弹簧的伸长量是增大了还是减小了,在运用平衡条件列出相关方程解答。