第1講磁場及磁場對通電導(dǎo)線的作用力一、單項選擇題1.中國宋代科學(xué)家沈括在夢溪筆談中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也?！边M(jìn)一步研究表明,地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料,下列說法不正確的是()A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B.地球內(nèi)部也存在磁場,地磁南極在地理北極附近C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用答案C地球為一巨大的磁體,地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近,兩極并不重合,故A、B項正確;且地球內(nèi)部也存在磁場,只有赤道附近上空磁場的方向才與地面平行,故C項錯誤;射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的速度方向與地磁場方向不會平行,一定受到地磁場力的作用,故D項正確。2.(2017江蘇單科)如圖所示,兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r。圓形勻強(qiáng)磁場B的邊緣恰好與a線圈重合,則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為()A.11B.12C.14D.41答案A兩個線圈的半徑雖然不同,但是線圈內(nèi)的勻強(qiáng)磁場的半徑一樣,則穿過兩線圈的磁通量相同,故選項A正確。3.(2018連云港模擬)如圖所示,圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷,當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時,a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動,以下說法正確的是()A.a、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)B.b的N極向紙外轉(zhuǎn),而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)C.b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn),而a的N極向紙外轉(zhuǎn)D.b的N極向紙里轉(zhuǎn),而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)答案B由于圓環(huán)帶負(fù)電荷,故當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時,等效電流的方向為逆時針,由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外,環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi),磁場中某點的磁場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向,所以b的N極向紙外轉(zhuǎn),a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)。4.(2018鎮(zhèn)江學(xué)業(yè)水平測試)如圖所示,水平直導(dǎo)線M、N中通以相反方向的電流,則導(dǎo)線M對N的作用力的方向為()A.垂直紙面向里B.垂直紙面向外C.平行紙面向上D.平行紙面向下答案D平行反向電流互相排斥,所以導(dǎo)線M對N的作用力的方向為平行紙面向下。5.(2018張家港模擬)如圖所示,一根通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中,在以導(dǎo)線為圓心,半徑為r的圓周上有a、b、c、d四個點,若a點的實際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,則下列說法中正確的是()A.直導(dǎo)線中電流方向是垂直紙面向里B.c點的實際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0C.d點實際磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T,方向斜向下,與B夾角為45°D.以上均不正確答案A由題意可知,a點的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,說明通電導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度與勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反,即得到通電導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向左,根據(jù)安培定則判斷可知,直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里,故A正確。通電導(dǎo)線在c點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=1T,方向水平向右,與勻強(qiáng)磁場方向相同,則c點磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T,方向與B的方向相同,故B錯誤。通電導(dǎo)線在d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向下,根據(jù)磁場的疊加原理可得d點磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bd=2B=2T,方向與B的方向成45°斜向下,故C錯誤。由上分析可知D錯誤。6.(2018江陰模擬)如圖中甲、乙所示,在勻強(qiáng)磁場中,有兩個通電線圈處于如圖所示的位置,則()A.從上往下看,甲中的線圈順時針轉(zhuǎn)動B.從上往下看,甲中的線圈逆時針轉(zhuǎn)動C.從上往下看,乙中的線圈順時針轉(zhuǎn)動D.從上往下看,乙中的線圈逆時針轉(zhuǎn)動答案D根據(jù)題圖甲所示,由左手定則可知,線圈各邊所受安培力都在線圈所在平面內(nèi),線圈不會繞OO'軸轉(zhuǎn)動,故A、B錯誤;根據(jù)題圖乙所示,由左手定則可知,線圈左、右兩邊所受安培力分別垂直于紙面向外和向里,線圈會繞OO'軸轉(zhuǎn)動,從上往下看,乙中的線圈逆時針轉(zhuǎn)動,故C錯誤,D正確。7.教師在課堂上做了兩個小實驗,讓小明同學(xué)印象深刻。第一個實驗叫做“旋轉(zhuǎn)的液體”,在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極,沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極,把它們分別與電池的兩極相連,然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體,例如鹽水,如果把玻璃皿放在磁場中,液體就會旋轉(zhuǎn)起來,如圖甲所示。第二個實驗叫做“振動的彈簧”,把一根柔軟的彈簧懸掛起來,使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸,通電后,發(fā)現(xiàn)彈簧不斷上下振動,如圖乙所示。下列關(guān)于這兩個趣味實驗的說法正確的是()A.圖甲中,如果改變磁場的方向,液體的旋轉(zhuǎn)方向不變B.圖甲中,如果改變電源的正負(fù)極,液體的旋轉(zhuǎn)方向不變C.圖乙中,如果改變電源的正負(fù)極,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動D.圖乙中,如果將水銀換成酒精,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動答案C圖甲中,僅僅調(diào)換N、S極位置或僅僅調(diào)換電源的正負(fù)極位置,安培力方向改變,液體的旋轉(zhuǎn)方向改變,故A、B均錯誤。圖乙中,當(dāng)有電流通過彈簧時,構(gòu)成彈簧的每一圈導(dǎo)線周圍都產(chǎn)生了磁場,根據(jù)安培定則知,各圈導(dǎo)線之間都產(chǎn)生了相互的吸引作用,彈簧就縮短了,當(dāng)彈簧的下端離開水銀后,電路斷開,彈簧中沒有了電流,各圈導(dǎo)線之間失去了相互吸引力,彈簧又恢復(fù)原長,使得彈簧下端又與水銀接觸,彈簧中又有了電流,開始重復(fù)上述過程,可以觀察到彈簧不斷上下振動;如果改變電源的正負(fù)極,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動;但是如果將水銀換成酒精,酒精不導(dǎo)電,則彈簧將不再上下振動,故選項C正確,D錯誤。8.(2018泰州模擬)通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi),L1是固定的,L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心),各自的電流方向如圖所示。下列哪種情況將會發(fā)生()A.因L2不受磁場力的作用,故L2不動B.因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡,故L2不動C.L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動D.L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動答案D由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1上方的磁場的方向為垂直紙面向外,且離導(dǎo)線L1越遠(yuǎn)的地方,磁場越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右,由于O點的下方磁場較強(qiáng),則安培力較大,因此L2繞固定轉(zhuǎn)軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動。故D正確。9.如圖所示,用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同,邊長MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化,天平最容易失去平衡的是()答案A由題意知,處于磁場中的載流線圈受安培力作用的有效長度越長,根據(jù)F=BIL知受安培力越大,磁場發(fā)生微小變化,安培力變化最大,天平越容易失去平衡,由圖知選項A中載流線圈的有效長度最大,所以A正確。10.(2018南通調(diào)研)在勻強(qiáng)磁場中有粗細(xì)均勻的同種導(dǎo)線制成的等邊三角形線框abc,磁場方向垂直于線框平面,a、c兩點間接一直流電源,電流方向如圖所示,則()A.導(dǎo)線ab受到的安培力大于導(dǎo)線ac所受的安培力B.導(dǎo)線abc受到的安培力大于導(dǎo)線ac受到的安培力C.線框受到的安培力的合力為零D.線框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下答案D由并聯(lián)電路知識可得,通過導(dǎo)線ac的電流為23I,通過導(dǎo)線ab、bc的電流為13I,則導(dǎo)線ab受到的安培力大小F1=13BIL,導(dǎo)線ac所受的安培力大小F2=23BIL,故A項錯誤;導(dǎo)線abc的有效長度為L,故受到的安培力大小F=13BIL,導(dǎo)線ac受到的安培力F3=BIL,故A、B項錯誤;根據(jù)左手定則,導(dǎo)線abc受安培力垂直于ac向下,導(dǎo)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+F2=BIL,合力方向垂直于ac向下,故C項錯誤,D項正確。二、多項選擇題11.(2018常熟模擬)磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示,下列說法中正確的是()A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba<BbB.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Ba>BbC.一通電直導(dǎo)線分別放在a、b兩處,所受的安培力大小一定有Fa<FbD.一通電直導(dǎo)線分別放在a、b兩處,所受的安培力大小可能有Fa>Fb答案AD磁感線越密,磁場越強(qiáng),故A項正確,B項錯誤;通電導(dǎo)線放在a、b兩處,但沒有說明導(dǎo)線的方向與磁場的方向的關(guān)系,其所受安培力的大小關(guān)系不確定,故C項錯誤,D項正確。12.(2019無錫中學(xué)月考)如圖所示,一束帶電粒子沿水平方向沿虛線飛過磁針上方,并與磁針方向平行,能使磁針N極轉(zhuǎn)向讀者,那么這束帶電粒子可能是()A.向右飛的正離子B.向左飛的負(fù)離子C.向右飛的負(fù)離子D.向左飛的正離子答案CD帶電粒子沿水平方向沿虛線飛過磁針上方,并與磁針方向平行,能使磁針N極轉(zhuǎn)向讀者,則知電流的磁場在小磁針?biāo)谔幨谴怪庇诩埫嫦蛲獾摹Ｒ罁?jù)安培定則可得,電流的方向水平向左。因此,如果這束帶電粒子是正離子,則向左飛行;如果是負(fù)離子,則向右飛行。13.如圖,兩根平行長直導(dǎo)線相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定電流;a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點,左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為l2、l和3l。關(guān)于這三點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列判斷正確的是()A.a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大B.b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C.a、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D.b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零答案AD對于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場,根據(jù)其產(chǎn)生磁場的特點及安培定則,可知兩導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁場等大反向,合磁場為零,B項錯誤,D項正確;兩導(dǎo)線在a、c處產(chǎn)生的磁場都是同向疊加的,但方向相反,C項錯誤;由于a處離導(dǎo)線近,a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的大,A項正確。14.(2017泰州二中月考)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場區(qū)域中有一光滑斜面體,在斜面體上放了一根長為L、質(zhì)量為m的導(dǎo)線,當(dāng)通以如圖方向的電流后,導(dǎo)線恰好能保持靜止,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿足()A.B=mgIL,方向水平向左B.B=mgsinIL,方向垂直紙面向外C.B=mgcosIL,方向沿斜面向上D.B=mgtanIL,方向豎直向下答案AD磁場方向水平向左時,安培力豎直向上,與重力平衡,有mg=BIL,解得B=mgIL,故A項正確;磁場垂直紙面向外時,由于電流與磁場方向平行,故安培力為零,不可能平衡,故B項錯誤;磁場沿斜面向上時,安培力垂直于斜面向上,不可能平衡,故C項錯誤;磁場豎直向下時,安培力水平向左,導(dǎo)線還受到重力和支持力,根據(jù)平衡條件和安培力公式,有mgtan=BIL,解得B=mgtanIL,故D項正確。8