高考物理复习91磁场及其对电流的作用.docx

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高考物理复习91磁场及其对电流的作用

　　时间：

45分钟　

　　满分：

100分

一、选择题（本题共10小题，每小题7分，共70分。

其中1～6为单选，7～10为多选）

1．关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是（　　）

A．F、B、I三者必须保持相互垂直

B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直

C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直

D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直

答案　B

解析　由左手定则可知，F必须与B和I确定的平面垂直，即F⊥B，F⊥I，但B和I不一定垂直，所以B选项正确，其他选项错误。

2．[2016·德州模拟]如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况（只标出了部分磁感线的方向），以O点（图中白点）为坐标原点，沿z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为（　　）

答案　C

解析　磁感线的疏密表示磁场的强弱，由图可知，沿z轴正方向的磁感应强度的大小是先变小后变大，由于题目中问的是磁感应强度B大小的变化最有可能的为哪个，只有C正确。

3．如图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图。

当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是（　　）

A．竖直向上B．竖直向下

C．水平向里D．水平向外

答案　C

解析　橡胶盘带负电，顺时针转动，形成逆时针方向环形电流，由安培定则可知，在通电直导线所在位置产生的磁场竖直向上，所以由左手定则可知，直导线所受磁场力的方向水平向里，C选项正确，其他选项错误。

4．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（　　）

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。

5．[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项错误。

6．[2016·宁夏银川模拟]如图为一测量磁场磁感应强度大小的装置的原理示意图。

长度为l、质量为m的均质细铝棒MN的中点与竖直悬挂的、劲度系数为k的绝缘轻弹簧相连，与MN的右端连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的刻度。

在矩形区域abcd内有匀强磁场，方向垂直纸面向外，当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，指针恰好指在零刻度；当在MN中通有由M向N大小为I的恒定电流时，MN始终在磁场中运动，当向下运动到最低时，指针的最大示数为xm。

不考虑MN中电流产生的磁场及空气阻力，则在通电后MN棒第一次向下运动到xm的过程中，以下说法正确的是（　　）

A．MN棒的加速度一直增大

B．MN棒及弹簧、地球组成的系统机械能守恒

C．在最低点弹簧的弹性势能为（mg＋BIl）xm

D．该磁场的磁感应强度B＝

答案　D

解析　对导体棒，未通电时mg＝kx0，通电后，由牛顿第二定律知，加速度a＝

，随x增大先减小到零后反向增大，选项A错误；由于安培力做功，机械能不守恒，选项B错误；导体棒通电后运动到xm，由动能定理，（mg＋BIl）xm－ΔE弹＝0，在最低点弹簧的弹性势能增加量为（mg＋BIl）xm，未通电时平衡状态下弹性势能不为0，选项C错误；MN棒第一次到最低点并不处于平衡状态，此时加速度与指针指零时大小相等、方向相反，kxm－BIl＝BIl，磁感应强度B＝

，选项D正确。

7．如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B1＝1T。

位于纸面内的细直导线，长L＝1m，通有I＝1A的恒定电流。

当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为（　　）

A.

TB.

T

C．1TD.

T

答案　BCD

解析　导线所受安培力为零，只能是合磁场的方向与电流I方向平行，由矢量合成可知B2min＝B1·sin60°＝

B1＝

T，所以B2≥B2min＝

T都可以，所以选项B、C、D都正确。

8．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（　　）

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项正确；导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功，由动能定理知BILLsinθ－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项正确；由F＝BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F＝0.3N，C项错误；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项错误。

9．[2016·广州三模]如图所示，质量为m、长度为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时悬线与竖直方向夹角为θ。

磁感应强度方向和大小可能为（　　）

A．z正向，

tanθB．y正向，

C．z负向，

tanθD．沿悬线向上，

sinθ

答案　BC

解析　本题要注意在受力分析时把立体图变成侧视平面图，然后通过平衡状态的受力分析来确定B的方向和大小。

若B沿z正向，则从O向O′看，导线受到的安培力F＝ILB，方向水平向左，如图甲所示，导线无法平衡，A错误。

若B沿y正向，导线受到的安培力竖直向上，如图乙所示。

当FT＝0，且满足ILB＝mg，即B＝

时，导线可以平衡，B正确。

若B沿z负向，导线受到的安培力水平向右，如图丙所示。

若满足FTsinθ＝ILB，FTcosθ＝mg，即B＝

，导线可以平衡，C正确。

若B沿悬线向上，导线受到的安培力垂直于导线指向左下方，如图丁所示，导线无法平衡，D错误。

10．[2016·连、徐、宿三调]如图甲所示，一个条形磁铁P固定在水平桌面上，以P的右端点为原点，中轴线为x轴建立一维坐标系。

一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置，设Q与x轴之间的夹角为θ。

实验测得sinθ与x之间的关系如图乙所示。

已知该处地磁场方向水平，磁感应强度大小为B0。

下列说法正确的是（　　）

A．P的右端为S极

B．P的中轴线与地磁场方向垂直

C．P在x0处产生的磁感应强度大小为B0

D．x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0

答案　BC

解析　当x趋向无穷大时，小磁针所指的方向为地球的磁场的方向，所以根据题图可知，x趋向无穷大时，sinθ趋向1，则θ趋向90°，即小磁针的方向与x的方向垂直，所以x的方向为向东。

当x非常小时，小磁针的N极沿x方向，即向东。

由题图可知，开始时N背离O点，所以O点处的磁极是N极，故A错误；由以上的分析可知，P的中轴线沿东西方向，与地磁场方向垂直，故B正确；由乙图可知，x0处sinθ＝

，则θ＝45°，P在x0处产生的磁感应强度大小BP，tan45°＝

，所以BP＝B0，故C正确；x0处合磁场的磁感应强度大小为B＝

＝

B0，故D错误。

二、非选择题（本题共2小题，共30分）

11．（14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。

12．（16分）如图所示，一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨平行且间距为L，导轨处在竖直方向的匀强磁场中，当导体棒中通以自左向右的电流I时，导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上，取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：

（1）磁场的磁感应强度B。

（2）每个圆导轨对导体棒的支持力大小FN。

答案　

（1）

（2）

mg

解析　

（1）从左向右看，受力分析如图所示。

由平衡条件得：

tan37°＝

，F安＝BIL，解得B＝

。

（2）设两导轨对导体棒支持力为2FN，则有2FNcos37°＝mg，解得FN＝

mg。

即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为

mg。