第1節(jié)磁場及磁場對電流的作用1.(2019·江蘇揚州測試)下列關(guān)于磁場、磁感應強度、磁通量說法正確的是(A)A.小磁針N極在某點所受的磁場力方向跟該點的磁感線方向一致B.磁感線在空中能相交,并且是客觀存在的一系列曲線C.磁感線較密處,磁感應強度較小;磁感線較疏處,磁感應強度較大D.磁通量的單位是特斯拉解析:由磁場方向的規(guī)定可知,小磁針北極在某點所受的磁場力方向跟該點的磁感線方向一致,選項A正確;磁體外部磁感線從磁體北極出來回到南極,任何兩條磁感線都不能相交,而且磁感線不是客觀存在的,選項B錯誤;磁感線的疏密表示磁場的強弱,磁感線越密的地方磁場越強,越疏的地方,磁場越弱,選項C錯誤;磁通量的單位是韋伯,符號為Wb,選項D錯誤.2.(2019·上海普陀調(diào)研)如圖,導線框垂直勻強磁場放置,已知電源電動勢E=6 V、內(nèi)阻r=1 ,定值電阻R=5 ,其余電阻不計.磁感應強度B=1.5 T,AB與CD相距d=20 cm,金屬棒MN與CD間的夾角=30°,則棒MN所受的安培力大小為(A)A.0.6 N B.0.3 N C.0.26 N D.0.15 N解析:通過導體棒的電流為I= A=1 A,受到安培力為F=BI= 1.5×1× N=0.6 N,選項A正確,B,C,D錯誤.3.(2019·廣西桂林段考)(多選)將一小段通電直導線垂直磁場方向放入一勻強磁場中,能正確反映各量間關(guān)系的是(BC)解析:F與IL成正比,IL增大,F也會增大,選項A錯誤,C正確;B由磁場本身決定,不受F和IL的影響,選項B正確,D錯誤.4.(2019·寧夏銀川二中高三月考)已知導線中的電流在周圍空間產(chǎn)生磁場的磁感應強度大小為B=k,k為常量,r為到導線的距離.如圖所示,兩個半徑相同、材料不同的半圓環(huán)并聯(lián)接在電路中,電路中的總電流為I,流過ABD半圓環(huán)的電流為,流過ACD半圓環(huán)的電流為I,在圓環(huán)圓心O處電流產(chǎn)生磁場的磁感應強度為B0.若將ABD半圓環(huán)截去,電路中的總電流保持不變,則此時O點處的磁感應強度大小為(A)A.3B0 B.2B0 C.B0 D.B0解析:ABD半圓環(huán)的電流和ACD半圓環(huán)的電流產(chǎn)生的磁場在O點處的磁感應強度方向相反,根據(jù)磁場疊加可知,半圓環(huán)中I電流在O點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小為B,那么ACD半圓環(huán)的電流為I,在O點產(chǎn)生磁場的磁感應強度大小為2B,則2B-B=B0,即B=B0;若將ABD半圓環(huán)截去,電路中的總電流保持I不變,則此時O點處的磁感應強度大小為3B=3B0,故A正確,B,C,D錯誤.5.(2019·江蘇泰州質(zhì)檢)在“研究影響通電導體棒所受磁場力的因素”實驗中,要使導體擺動的幅度增大,以下操作中不可行的是(C)A.增加磁鐵的數(shù)量B.增大導體棒中的電流C.改變導體棒中的電流方向D.將磁鐵更換成磁性較強的解析:增大安培力即可使導體擺動的幅度增大,根據(jù)安培力的公式F=BIL可知,增加磁鐵的數(shù)量,在磁場中有效長度增加,安培力增加;增大導體棒中的電流,安培力增大;改變導體棒中的電流方向,只會改變安培力的方向,不會改變安培力的大小;將磁鐵更換成磁性較強的,磁感應強度增強,安培力增大,故選C.6.(2019·四川成都實驗中學高三月考)在勻強磁場中有粗細均勻的同種導線制成的等邊三角形線框abc,磁場方向垂直于線框平面,ac兩點間接一直流電源,電流方向如圖所示.則(D)A.導線ab受到的安培力大于導線ac受到的安培力B.導線abc受到的安培力大于導線ac受到的安培力C.線框受到安培力的合力為零D.線框受到安培力的合力方向垂直于ac向下解析:設ab=bc=ac=L,導線ab受到的安培力大小為F1=BIL;導線ac所受的安培力大小為F2=BIL,故A錯誤;導線abc的有效長度為L,故受到的安培力大小為F=BIL;導線ac受到的安培力F3=BIL,故B錯誤;根據(jù)左手定則,導線abc受安培力垂直于ac向下,導線ac受到的安培力也垂直于ac向下,故線框受到的安培力的合力F合=F+F3=2BIL,合力方向垂直于ac向下,故C錯誤,D正確.7.(2019·山西懷仁模擬)長為L的通電直導體棒放在傾角為的光滑斜面上,并處在磁感應強度為B的勻強磁場中,如圖(甲)所示,當B方向豎直向上,電流為I1時導體棒處于平衡狀態(tài);若B方向改為垂直斜面向上,如圖(乙)所示,則電流為I2時導體棒處于平衡狀態(tài),電流比值I1I2應為(B)A.cos B. C.sin D.解析:若磁場方向豎直向上,則安培力水平方向,受力如圖(1)所示.由平衡條件可得mgtan =BI1L;若磁場方向垂直于斜面向上,如圖(2)所示,則安培力沿斜面向上.由平衡條件可得mgsin =BI2L,則I1I2=1cos ,選項B正確.8.(2019·吉林長春第二次質(zhì)量監(jiān)測)如圖所示,質(zhì)量為m,長度為L的金屬棒MN兩端由等長輕質(zhì)絕緣細線水平懸掛,棒中通以由M指向N的電流,電流的大小為I,金屬棒處于與其垂直的勻強磁場中,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為=30°.下列判斷正確的是(C)A.勻強磁場的方向一定是豎直向上B.勻強磁場的方向一定是水平向左C.勻強磁場的磁感應強度大小可能為D.勻強磁場的磁感應強度大小可能為解析:金屬棒受力為重力G、細線的拉力FT和F安,三力矢量關(guān)系如圖所示,而F安方向不確定,由左手定則可知,磁場方向不確定,故A,B錯誤;當安培力垂直于繩子拉力時,安培力最小,則此時磁感應強度最小,有mgsin =BIL,則B=,故C正確,D錯誤.9.老師在課堂上做了一個演示實驗:裝置如圖所示,在容器的中心放一個圓柱形電極B,沿容器邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極A,把A和B分別與電源的兩極相連,然后在容器內(nèi)放入液體,將該容器放在磁場中,液體就會旋轉(zhuǎn)起來.某同學回去后重復老師的實驗步驟,但液體并沒有旋轉(zhuǎn)起來.造成這種現(xiàn)象的原因可能是,該同學在實驗過程中(C)A.將磁鐵的磁極接反了B.將直流電源的正負極接反了C.使用的電源為50 Hz的交流電源D.使用的液體為飽和食鹽溶液解析:容器中磁場方向向下,在電場作用下,液體中的正、負離子分別向電極附近運動,同時由于磁場的作用,根據(jù)左手定則知正、負離子做圓周運動,故液體旋轉(zhuǎn)起來的原因是液體在磁場力作用下運動,選項A,B,D都不影響液體旋轉(zhuǎn),選項C使用50 Hz的交流電源,電極電性發(fā)生周期性變化,且時間僅為0.02 s,故液體中正、負離子的運動幅度較小,液體無法形成旋轉(zhuǎn)的趨勢,故選項C正確.10.如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,垂直紙面放置一根長為L,質(zhì)量為m的直導體棒,導體棒中的電流I垂直紙面向里,欲使導體棒靜止在斜面上,可施加一個平行于紙面的勻強磁場,勻強磁場的磁感應強度為B.當勻強磁場的方向由豎直向上沿逆時針轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,下列關(guān)于B的大小變化的說法中,正確的是(C)A.逐漸增大 B逐漸減小C.先減小后增大 D先增大后減小解析:對導體棒受力分析,受重力G、支持力FN和安培力FA,三力平衡,合力為零,將支持力FN和安培力FA合成,合力與重力相平衡,如圖所示.從圖中可以看出,安培力FA先變小后變大,由于FA=BIL,其中電流I和導體棒的長度L均不變,故磁感應強度先變小后變大,故選項C正確.11.(多選)如圖所示,質(zhì)量為m、長為L的導體棒電阻為R,初始時靜止于光滑的水平軌道上,電源電動勢為E,內(nèi)阻不計;勻強磁場的磁感應強度為B,其方向與軌道平面成角斜向上方,開關(guān)閉合后導體棒開始運動,則(BD)A.導體棒向左運動B.開關(guān)閉合瞬間導體棒MN所受安培力為C.開關(guān)閉合瞬間導體棒MN所受安培力為D.開關(guān)閉合瞬間導體棒MN的加速度為解析:開關(guān)閉合,由左手定則可知,安培力方向指向右下方,則導體棒向右運動,選項A錯誤;當開關(guān)閉合瞬間,根據(jù)安培力公式F=BIL,與I=可得F=,安培力的方向與導軌成90°-的夾角,由牛頓第二定律與安培力的大小可知,加速度a=,選項B,D正確,C錯誤.12.(2019·廣東惠州模擬)如圖是導軌式電磁炮實驗裝置示意圖.兩根平行長直金屬導軌沿水平方向固定,其間安放金屬滑塊(即實驗用彈丸).滑塊可沿導軌無摩擦滑行,且始終與導軌保持良好接觸.電源提供的強大電流從一根導軌流入,經(jīng)過滑塊,再從另一導軌流回電源.滑塊被導軌中的電流形成的磁場推動而發(fā)射.在發(fā)射過程中,該磁場在滑塊所在位置始終可以簡化為勻強磁場,方向垂直于紙面,其強度與電流的關(guān)系為B=kI,比例常量k=5×10-7 T/A.已知兩導軌內(nèi)側(cè)間距L=2.0 cm,滑塊的質(zhì)量m=40 g,滑塊沿導軌滑行2 m后獲得的發(fā)射速度v=100 m/s(此過程視為勻加速運動).(1)求發(fā)射過程中電源提供的電流強度.(2)若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中固定在水平面上的砂箱,它嵌入砂箱的深度為s.設滑塊質(zhì)量為m,求滑塊對砂箱平均沖擊力f的表達式.解析:(1)對滑塊由勻加速運動公式v2=2as解得a=2 500 m/s2,滑塊所受安培力F=BIL=kI2L,對滑塊由牛頓第二定律得F=ma解得I=1.0×105 A.(2)對滑塊用動能定理,有fs=mv2,解得平均沖擊力f=.答案:(1)1.0×105 A(2)f=13.如圖所示,兩根傾斜直金屬導軌MN,PQ平行放置,它們所構(gòu)成的軌道平面與水平面之間的夾角=37°,兩軌道之間的距離L=0.50 m.一根質(zhì)量m=0.20 kg的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上,并與導軌垂直,且接觸良好,整套裝置處于與ab棒垂直的勻強磁場中.在導軌的上端接有電動勢E=36 V、內(nèi)阻r=1.6 的直流電源和電阻箱R.已知導軌與金屬桿的電阻均可忽略不計,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80,重力加速度g=10 m/s2.(1)若金屬桿ab和導軌之間的摩擦可忽略不計,當電阻箱接入電路中的電阻R1=2.0 時,金屬桿ab靜止在軌道上.如果磁場方向豎直向下,求滿足條件的磁感應強度的大小;如果磁場的方向可以隨意調(diào)整,求滿足條件的磁感應強度的最小值及方向;(2)如果金屬桿ab和導軌之間的摩擦不可忽略,整套裝置處于垂直于軌道平面斜向下、磁感應強度大小B=0.40 T的勻強磁場中,當電阻箱接入電路中的電阻值 R2=3.4 時,金屬桿ab仍保持靜止,求此時金屬桿ab受到的摩擦力f大小及方向.解析:(1)設通過金屬桿ab的電流為I1,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知I1=設磁感應強度為B1,由安培定則可知金屬桿ab受安培力沿水平方向,金屬桿ab受力如圖(1).對金屬桿ab,根據(jù)共點力平衡條件有B1I1L=mgtan 解得B1=0.30 T.根據(jù)共點力平衡條件可知,最小的安培力方向應沿導軌平面向上,金屬桿ab受力如圖(2)所示.設磁感應強度的最小值為B2,對金屬桿ab,根據(jù)共點力平衡條件有B2I1L=mgsin ,解得B2=0.24 T根據(jù)左手定則可判斷出,此時磁場的方向應垂直于軌道平面斜向下.(2)設通過金屬桿ab的電流為I2,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知I2=假設金屬桿ab受到的摩擦力方向沿軌道平面向下,根據(jù)共點力平衡條件有BI2L=mgsin +f解得f=0.24 N結(jié)果為正,說明假設成立,摩擦力方向沿軌道平面向下.答案:(1)0.30 T0.24 T垂直于軌道平面斜向下(2)0.24 N沿軌道平面向下8