寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力1【2018年南昌二中高三上學(xué)期第四次月考】兩個相同的全長電阻為9 、半徑為8 cm的均勻光滑圓環(huán)固定在一個絕緣的水平臺面上，兩環(huán)分別在兩個互相平行的、相距為20 cm的豎直面內(nèi)，兩環(huán)的圓心連線恰好與環(huán)面垂直，兩環(huán)面間有方向豎直向下的磁感應(yīng)強度T的勻強磁場(未畫出)，兩環(huán)的最高點A和C間接有一內(nèi)阻為0.5 的電源，連接的導(dǎo)線的電阻不計?，F(xiàn)有一根質(zhì)量為10 g、電阻為1.5 的導(dǎo)體棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可沿環(huán)滑動，而棒恰好靜止于如圖所示的水平位置，它與圓弧的兩接觸點P、Q和圓弧最低點間所夾的弧對應(yīng)的圓心角均為60°，重力加速度g取10 m/s2。(1)求此電源電動勢E的大?。?2)若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢E的大小為2 V的電源，其他條件不變，現(xiàn)將棒從圓環(huán)最低點靜止釋放，問：棒經(jīng)過P、Q點時對兩環(huán)的彈力各為多少？棒能上升的最大高度為多少？一、多選題1【2018年浙江省名校協(xié)作體高三上學(xué)期9月聯(lián)考】物理學(xué)的發(fā)展極大地豐富了人類對物質(zhì)世界的認識，推動了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步。關(guān)于物理學(xué)發(fā)展過程中的認識，下列說法不正確的是( )A法拉第創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”B奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)C自然界的電荷只有兩種，庫侖把它們命名為正電荷和負電荷D牛頓進行了“月地檢驗”，得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論2【2018年臺州中學(xué)高二上學(xué)期月考】關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是( )A磁場中某一點的磁感應(yīng)強度由磁場本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無關(guān)B通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導(dǎo)線不受安培力的地方一定不存在磁場C人們通常用通電導(dǎo)線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱，如果將這根通電導(dǎo)線拿走，那該點的磁感應(yīng)強度就變?yōu)榱鉊由可知，B與F成正比與IL成反比3【2018年遵義市第四教育集團高三上學(xué)期第二次聯(lián)考】(多選)無限長通電直導(dǎo)線在周圍某一點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B的大小與電流成正比，與導(dǎo)線到這一點的距離成反比，即(式中k為常數(shù))。如圖所示，兩根相距L的無限長直導(dǎo)線分別通有電流I和3I，在兩根導(dǎo)線的連線上有a、b兩點，a點為兩根直導(dǎo)線連線的中點，b點距導(dǎo)線I的距離為L。下列說法正確的是( )Aa點和b點的磁感應(yīng)強度方向相同Ba點和b點的磁感應(yīng)強度方向相反Ca點和b點的磁感應(yīng)強度大小之比為8 : 1Da點和b點的磁感應(yīng)強度大小之比為16 : 14【2018年贛州高二月考】如圖所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef，已知ef平行于ab，當(dāng)ef豎直向上平移時，電流產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將( )A始終為零 B逐漸減小C逐漸增大D不為零，但保持不變5【2018年吉林上學(xué)期高二第二次月考】如圖所示，A為通電線圈，電流方向如圖，B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓，B、C分別為通過兩圓面的磁通量的大小，下列判斷中正確的是( )ABCBB <CC穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向外的D穿過兩圓面的磁通量是垂直紙面向里的6【2018年重慶一中高二月考】將圓柱形強磁鐵吸在干電池的負極，強磁鐵的S極朝上N極朝下，金屬導(dǎo)線折成上端有一支點，下端開口的導(dǎo)線框，使導(dǎo)線框的頂端支點和底端分別與電源的正極和磁鐵都接觸良好但不固定，這樣整個線框就可以繞電池旋轉(zhuǎn)起來。下列判斷正確的是( )A線框能旋轉(zhuǎn)起來，是因為慣性B俯視觀察，線框沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)C電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率D導(dǎo)線框?qū)⑸舷抡駝?【2018年浙江省高三上學(xué)期11月選考】電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈和，線圈固定，線圈置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是( )A當(dāng)天平示數(shù)為負時，兩線圈電流方向相同B當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩線圈電流方向相同C線圈對線圈的作用力大于線圈對線圈的作用力D線圈對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力是一對相互作用力8【2018年安慶市高三上學(xué)期五校聯(lián)考】如圖所示，磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場方向斜向右上方，與水平方向所夾的銳角為45°。將一個金屬圓環(huán)ab置于磁場中，圓環(huán)的圓心為O，半徑為r，兩條半徑Oa和Ob相互垂直，且Oa沿水平方向。當(dāng)圓環(huán)中通以電流I時，圓環(huán)受到的安培力大小為( )A2BIr B CBIr D9【2018年長安區(qū)第一中學(xué)高二上學(xué)期期中】如圖所示，一水平放置的N匝矩形線框面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向斜向上，與水平面成30°角，現(xiàn)若使矩形框以左邊的一條邊為軸轉(zhuǎn)到豎直的虛線位置，則此過程中磁通量的改變量的大小是( )A BC D10【2018年汕頭市金山中學(xué)高二上學(xué)期期中】(多選)如圖所示，圓圈中的“×”表示電流方向垂直紙面向里，圓圈中的“”表示電流方向垂直紙面向外。兩根通電長直導(dǎo)線a、b平行水平放置，a、b中的電流強度均為I，此時a受到的磁場力大小為F。當(dāng)在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導(dǎo)線c后，a受到的磁場力大小仍為F，圖中abc正好構(gòu)成一個等邊三角形，則此時( )Ab受到的磁場力大小為FBb受到的磁場力大小為Cc受到的磁場力大小為FDc受到的磁場力大小為二、解答題11【2018年蘭州一中高二12月月考】如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為L，處于勻強磁場內(nèi)，勻強磁場的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡，然后使電流反向，大小不變，這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再次達到新的平衡。(1)若線圈串聯(lián)一個電阻R連接到電壓為U的穩(wěn)定電源上，已知線圈電阻為r，當(dāng)線圈中通過電流I時，請用題給的物理量符號表示出電阻R的大小；(2)請用重力加速度g和n、m、L、I導(dǎo)出B的表達式。12【龍泉中學(xué)2018年高二月考】如圖所示，通電直導(dǎo)線ab質(zhì)量為m、長為L，水平地放置在傾角為的光滑斜面上，通以圖示方向的電流，電流強度為I，要求導(dǎo)線ab靜止在斜面上。(1)若磁場的方向豎直向上，則磁感應(yīng)強度的大小如何？(2)若要求磁感應(yīng)強度最小，則磁感應(yīng)強度的方向和大小如何？寒假訓(xùn)練07 磁現(xiàn)象和磁場安培力1【解析】（1）從左向右看，棒PQ的受力如圖所示，棒受重力mg、安培力F安和環(huán)對棒的彈力FN作用；根據(jù)平衡條件得F安=mgtan安培力F安=IBL聯(lián)立解得I=1 A在電路中兩個圓環(huán)分別連入電路的電阻為R環(huán)=13×9×23×913×9+23×9=2 由閉合電路歐姆定律得：E=I(r+2R環(huán)+R棒)=6 V.（2）若換上兩個電阻可忽略的光滑圓環(huán)和電動勢E的大小為2V的電源，則電路中的電流I1=ER棒+r=20.5+1.5A=1A安培力F安1=BI1L=310N 棒經(jīng)過P、Q點時的速度為v，則F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2解得：v=1.6m/s；棒在經(jīng)過P、Q點時，由牛頓第二定律：2FN1-mgcos600-F安1cos300=mv2R解得FN1=0.2N 棒在平衡位置的速度最大，此位置的與圓心的連線與豎直方向的夾角為tan=F安1mg=3，則=600，則棒能上升的最高點應(yīng)該關(guān)于平衡位置對稱，則棒能上升的最大高度為h=R(1+cos600)=12cm一、多選題1【答案】C【解析】法拉第認為電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場，并創(chuàng)造性地用“場線”形象地描述“場”，A正確；奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在著磁場，B正確；自然界中有兩種電荷，但不是庫侖命名的，C錯誤；牛頓進行了“月-地檢驗”，得出天上和地下的物體都遵從萬有引力定律的結(jié)論，D正確2【答案】A【解析】磁場中某一點的磁感應(yīng)強度由磁場本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無關(guān)，人們通常用通電導(dǎo)線在磁場中某點的受力來探究磁場的強弱，如果將這根通電導(dǎo)線拿走，那該點的磁感應(yīng)強度仍然是不變的，選項A正確，C錯誤；通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導(dǎo)線不受安培力的地方也可能存在磁場，例如當(dāng)導(dǎo)線和磁場方向平行時，導(dǎo)線受磁場力為零，選項B錯誤；磁場中某一點的磁感應(yīng)強度由磁場本身決定的，與導(dǎo)線所受的安培力F和IL無關(guān)，選項D錯誤。3【答案】AD【解析】根據(jù)右手螺旋法則，導(dǎo)線周圍的磁場的磁感線，是圍繞導(dǎo)線形成的同心圓，3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強度方向都向下，則合磁感應(yīng)強度方向向下的；由B=kIL 3I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強度方向向下，而I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強度方向向上，因3I導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場較大，則合磁感應(yīng)強度方向向下，因此a點和b點的磁感應(yīng)強度方向相同，故A正確，B錯誤；3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在a處的磁感應(yīng)強度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL，而3I導(dǎo)線與I導(dǎo)線在b處的磁感應(yīng)強度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L，則a點和b點的磁感應(yīng)強度大小之比為16：1，故C錯誤，D正確。4【答案】A【解析】電直導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，由于從線圈這面穿過，又從這面穿出，則穿過線框的磁感線的條數(shù)為零，磁通量為零，故A正確，BCD錯誤。5【答案】C【解析】根據(jù)題意可知，結(jié)合右手螺旋定則可得，線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外，而外部則垂直向里，凈磁通量向外，故C正確，D錯誤；磁通量可看成穿過線圈的磁感線條數(shù)，由于線圈A產(chǎn)生的磁場的磁場方向垂直向外，而外部則垂直向里，當(dāng)線圈的面積越大時，則相互抵消的越多，因此穿過線圈B的磁通量最大，線圈C的磁通量最小，故A、B錯誤。6【答案】B【解析】扁圓柱形磁鐵上端為S極，下端為N極，周圍磁感線由上往下斜穿入線框內(nèi)部，而電流的方向是從正極到負極，即電流方向是向下的，根據(jù)左手定則右邊的線框受到向里的安培力，左邊的導(dǎo)線框受到向外的安培力，所以從俯視的角度上觀察，線框應(yīng)該逆時針旋轉(zhuǎn)，故A、D錯，B對；根據(jù)能量守恒知，電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機械功率與回路中產(chǎn)生的熱量之和，故C錯誤。7【答案】A【解析】當(dāng)兩線圈電流相同時，表現(xiàn)為相互吸引，電流方向相反時，表現(xiàn)為相互排斥，故當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩者相互排斥，電流方向相反，當(dāng)天平示數(shù)為負時，兩者相互吸引，電流方向相同，A正確B錯誤；線圈對線圈的作用力與線圈對線圈的作用力是一對相互作用力，等大反向，C錯誤；靜止時，線圈II平衡，線圈對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力是一對平衡力，D錯誤8【答案】D【解析】通電導(dǎo)線的有效長度為L=2r，故受到的安培力為F=BIL=2BIr，故選D。9【答案】D【解析】矩形線圈abcd如圖所示放置，勻強磁場方向向左上方，平面水平放置時通過線圈的磁通量為1=BSsin30°12BS。當(dāng)規(guī)定此時穿過線圈為正面，則當(dāng)線圈繞ad軸轉(zhuǎn)90°角時，穿過線圈反面，則其的磁通量2=BScos30°32BS。因此穿過線圈平面的磁通量的變化量為2132BS12BS3+12BS。故選D。10【答案】BC【解析】加上導(dǎo)線c后，a受到的磁場力如圖所示，a受到的合磁場力仍為F，則受到c給的磁場大小也為F，與b給的磁場力夾角為120°，故合力為Fa=F，因為abc正好構(gòu)成一個等邊三角形，所以c給b的磁場力大小為F，c受到的磁場力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得b受到的磁場力Fb=2Fcos30°=3F，根據(jù)牛頓第三定律可得，c受到的a、b給的磁場力如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則可得Fc=F，BC正確二、解答題11【解析】(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I（R+r）=U解得：R=UI-r；(2) 根據(jù)平衡條件，有：mg=2nBIL，解得：B=mg2nIL。12【解析】(1)若磁場方向豎直向上，從a向b觀察，導(dǎo)線受力情況如圖所示，由平衡條件得：在水平方向上：F-FNsin=0在豎直方向上：mg-FNcos=0其中F=BIL聯(lián)立以上各式可解得：B=mgtanIL；(2) 若要求磁感應(yīng)強度最小，則一方面應(yīng)使磁場方向與通電導(dǎo)線垂直，另一方面應(yīng)調(diào)整磁場方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小，如圖所示，由力的矢量三角形討論可知，當(dāng)安培力方向與支持力垂直時，安培力最小，對應(yīng)磁感應(yīng)強度最小，設(shè)其值為Bmin，則：BminIL=mgsin，解得：Bmin=mgsinIL根據(jù)左手定則判定知，該磁場方向垂直于斜面向上。9