（天津專用）2020屆高考物理一輪復習 考點規(guī)范練45 磁場的描述 磁場對電流的作用（含解析）新人教版

考點規(guī)范練45磁場的描述磁場對電流的作用一、單項選擇題1.(2018·河南鄭州質量預測)目前世界上輸送功率最大的直流輸電工程哈(密)鄭(州)特高壓直流輸電工程已正式投運。高壓直流輸電具有無感抗、無容抗、無同步問題等優(yōu)點。已知某段直流輸電線長度l=200 m,通有從西向東I=4 000 A的恒定電流,該處地磁場的磁感應強度B=5×10-5 T,磁傾角(磁感線與水平面的夾角)為5°(sin 5°0.1)。則該段導線所受安培力的大小和方向為()A.40 N,向北與水平面成85°角斜向上方B.4 N,向北與水平面成85°角斜向上方C.4 N,向南與水平面成5°角斜向下方D.40 N,向南與水平面成5°角斜向下方2.(2017·全國卷)如圖,在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時,紙面內(nèi)與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點處磁感應強度的大小為()A.0B.33B0C.233B0D.2B03.如圖所示,兩平行的粗糙金屬導軌水平固定在勻強磁場中,磁感應強度為B,導軌寬度為l,一端與電源連接。一質量為m的金屬棒ab垂直于平行導軌放置并接觸良好,金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為=33,在安培力的作用下,金屬棒以v0的速度向右勻速運動,通過改變磁感應強度的方向,可使流過導體棒的電流最小,此時磁感應強度的方向與豎直方向的夾角為()A.37°B.30°C.45°D.60°4.一直導線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方,如圖所示,如果直導線可以自由地運動且通以由a到b的電流,則關于導線ab受磁場力后的運動情況,下列說法正確的是()A.從上向下看順時針轉動并靠近螺線管B.從上向下看順時針轉動并遠離螺線管C.從上向下看逆時針轉動并遠離螺線管D.從上向下看逆時針轉動并靠近螺線管二、多項選擇題5.質量為m的金屬細桿置于傾角為的導軌上,導軌的寬度為d,桿與導軌間的動摩擦因數(shù)為,有電流通過桿,桿恰好靜止于導軌上,在如圖所示的A、B、C、D四個圖中,桿與導軌間的摩擦力一定不為零的是()6.光滑平行導軌水平放置,導軌左端通過開關S與內(nèi)阻不計、電動勢為E的電源相連,右端與半徑為l=20 cm的兩段光滑圓弧導軌相接,一根質量m=60 g、電阻R=1 、長為l的導體棒ab,用長也為l的絕緣細線懸掛,如圖所示,系統(tǒng)空間有豎直方向的勻強磁場,磁感應強度B=0.5 T,當閉合開關S后,導體棒沿圓弧擺動,擺到最大高度時,細線與豎直方向成=53°,擺動過程中導體棒始終與導軌接觸良好且細線處于張緊狀態(tài)(不考慮導體棒切割的影響),導軌電阻不計,sin 53°=0.8,g取10 m/s2則()A.磁場方向一定豎直向下B.電源電動勢E=3.0 VC.導體棒在擺動過程中所受安培力F=3 ND.導體棒在擺動過程中電源提供的電能為0.048 J三、非選擇題7.(2017·天津卷)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新武器和航天運載器。電磁軌道炮示意如圖,圖中直流電源電動勢為E,電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導軌間距為l,電阻不計。炮彈可視為一質量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導軌間處于靜止狀態(tài),并與導軌良好接觸。首先開關S接1,使電容器完全充電。然后將S接至2,導軌間存在垂直于導軌平面、磁感應強度大小為B的勻強磁場(圖中未畫出),MN開始向右加速運動。當MN上的感應電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時,回路中電流為零,MN達到最大速度,之后離開導軌。問:(1)磁場的方向;(2)MN剛開始運動時加速度a的大小;(3)MN離開導軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少?？键c規(guī)范練45磁場的描述磁場對電流的作用1.A解析地磁場方向與電流方向垂直,由安培力F=BIl=40N,B、C項錯誤;由左手定則可知,電線所受安培力方向向北與水平面成85°角斜向上方,A項正確,D項錯誤。2.C解析設導線P和Q在a點處產(chǎn)生磁場的磁感應強度B1、B2的大小為B,如圖甲所示,兩磁感應強度的夾角為60°,可知合磁感應強度大小為3B,方向水平向右,所以勻強磁場的磁感應強度B0=3B,方向水平向左;P中的電流反向后,導線P和Q在a點處產(chǎn)生磁場的磁感應強度B1'、B2'如圖乙所示,各自大小仍為B,夾角為120°,則其合磁感應強度大小仍為B,方向豎直向上,與原勻強磁場B0合成后,總的磁感應強度大小為B總=233B0,C正確。3.B解析由題意對棒受力分析,設磁感應強度的方向與豎直方向成角,則有BIlcos=(mg-BIlsin),整理得BIl=mgcos+sin,電流最小時,安培力最小,由數(shù)學知識解得=30°,B正確。4.D解析由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向,導線等效為Oa、Ob兩電流元,由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向,如圖所示,所以從上向下看導線逆時針轉動,當轉過90°時再用左手定則可判定導線所受磁場力向下,即導線在逆時針轉動的同時還要靠近螺線管,選項D正確。5.CD解析選項A中,通電細桿可能受重力、安培力、導軌的彈力作用處于靜止狀態(tài),如圖甲所示,所以桿與導軌間的摩擦力可能為零。當安培力變大或變小時,細桿有上滑或下滑的趨勢,于是有靜摩擦力產(chǎn)生。選項B中,通電細桿可能受重力、安培力作用處于靜止狀態(tài),如圖乙所示,所以桿與導軌間的摩擦力可能為零。當安培力減小時,細桿還受到導軌的彈力和沿導軌向上的靜摩擦力,也可能處于靜止狀態(tài)。選項C和D中,通電細桿受重力、安培力、導軌彈力作用具有下滑趨勢,故一定受到沿導軌向上的靜摩擦力,如圖丙、丁所示,所以桿與導軌間的摩擦力一定不為零。故答案為C、D。6.AB解析導體棒向右沿圓弧擺動,說明受到向右的安培力,由左手定則知該磁場方向一定豎直向下,選項A正確;導體棒擺動過程中只有安培力和重力做功,由動能定理知BIl·lsin-mgl(1-cos)=0,代入數(shù)值得導體棒中的電流為I=3A,由E=IR得電源電動勢E=3.0V,選項B正確;由F=BIl得導體棒在擺動過程中所受安培力F=0.3N,選項C錯誤;由能量守恒定律知電源提供的電能W等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q和導體棒重力勢能的增加量E的和,即W=Q+E,而E=mgl(1-cos)=0.048J,所以W>0.048J,選項D錯誤。7.解析(1)由題意可知,MN所受安培力可以使其水平向右運動,故安培力方向為水平向右,而MN中的電流方向為從M到N,因此,根據(jù)左手定則可判斷磁場方向為垂直于導軌平面向下。(2)電容器完全充電后,兩極板間電壓為E,當開關S接2時,電容器放電,設剛放電時流經(jīng)MN的電流為I,有I=ER設MN受到的安培力為F,有F=IlB由牛頓第二定律,有F=ma聯(lián)立式得a=BlEmR(3)當電容器充電完畢時,設電容器上電荷量為Q0,有Q0=CE開關S接2后,MN開始向右加速運動,速度達到最大值vmax時,設MN上的感應電動勢為E',有E'=Blvmax依題意有E'=QC設在此過程中MN的平均電流為I,MN上受到的平均安培力為F,有F=IlB由動量定理,有Ft=mvmax-0又It=Q0-Q聯(lián)立式得Q=B2l2C2Em+B2l2C。答案(1)垂直于導軌平面向下(2)BlEmR(3)B2l2C2Em+B2l2C5