【步步高】2022高考物理大一轮复习 8.1 磁场及磁场对通电导线的作用

8.1　磁场及磁场对通电导线的作用1．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是(　　)．A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向B．磁感线是磁场中客观存在的线C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止D．实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线解析　磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线由N极到S极，但内部是由S极到N极．故只有A正确．答案　A2．关于磁感应强度B，下列说法中错误的是(　　)．A．根据磁感应强度定义B＝，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与I成反比B．磁感应强度B是标量，没有方向C．磁感应强度B是矢量，方向与F的方向相反D．在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应强度B可能不同，磁感线密的地方磁感应强度B大些，磁感线疏的地方磁感应强度B小些解析　磁感应强度是磁场本身的性质，与放入磁场中的导体中的电流，或受力大小F无关，A错误；磁感应强度B是矢量，其方向与F总是垂直的，电流方向与F也总是垂直的，B、C错误；在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，由磁场本身的物理量决定，与其他外来的一切因素无关，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，D正确．答案　D3．彼此绝缘、相互垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，下图中穿过线圈的磁通量可能为零的是(　　)．解析　由安培定则可以判断，A中I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，I2在线圈位置产生的磁场方向向外，穿过线圈的磁通量可能为零，同理可以判断B中，I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向外，I2在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，穿6\n过线圈的磁通量可能为零，A、B正确；C中I1、I2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向里，D中I1，I2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向外，C、D中穿过线圈的磁通量不可能为零．答案　AB4．用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图8－1－1所示．当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有(　　)．A．两导线环相互吸引B．两导线环相互排斥C．两导线环无相互作用力D．两导线环先吸引后排斥图8－1－1解析　通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用．由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故A正确．另解，将环形电流等效成条形磁铁，异名磁极相吸，故A正确(转换思维法)．图8－1－2答案　A5．如图8－1－2所示，在XOY平面中有一通电直导线与OX、OY轴相交，导线中电流方向如图所示，该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与OZ轴的正方向相同，该磁场的磁感应强度的方向可能是(　　)．A．沿X轴负方向B．沿Y轴负方向C．沿Z轴正方向D．沿Z轴负方向答案　AB6．在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是(　　)．A．4×10－8NB．2.5×10－5NC．9×10－4ND．4×10－2N解析　地磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小为4×10－2N.答案　D6\n7．如图8－1－3所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(　　)．图8－1－3A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上解析　先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上，故选D.答案　D8．如图8－1－4所示，一弓形线圈通过逆时针方向的电流，在其圆弧的圆心处，垂直于纸面放置一直导线，当直导线通有指向纸内的电流时，线圈将(　　)．A．a端向纸内，b端向纸外转动，且靠近导线B．a端向纸内，b端向纸外转动，且远离导线图8－1－4C．a端向纸外，b端向纸内转动，且靠近导线D．a端向纸外，b端向纸内转动，且远离导线解析　先由等效法，把弓形线圈中的电流等效成一个小磁针，其N极垂直纸面向外，而直线电流的磁场方向在小磁针所在处方向为竖直向上，因此小磁针N极将转向磁场方向，即a端向内转动，b端向外转动；当线圈转过90°后，a、b中电流与直导线电流同向平行，而弧形部分电流与直导线电流反向平行，但前者离直导线较近，受到的引力较大，后者离直导线较远，受到的斥力较小，总的作用力为引力，故线圈向直导线靠近．根据以上分析，本题正确选项应为A(等效思维法)．答案　A图8－1－59．如图8－1－5所示，一段导线abcd弯成半径为R、圆心角为90°的部分扇形形状，置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab和cd的长度均为.流经导线的电流为I，方向如图8－1－22中箭头所示．则导线abcd所受到的安培力为(　　)．A．方向沿纸面向上，大小为B．方向沿纸面向上，大小为C．方向沿纸面向下，大小为6\nD．方向沿纸面向下，大小为解析　导线abcd的等效长度为，电流方向等效为水平向右，由左手定则可知安培力方向沿纸面向上，大小为，A正确(等效思维法)．答案　A图8－1－610．如图8－1－6所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．当导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，下列关于B的大小变化的说法中，正确的是(　　)．A．逐渐增大B．逐渐减小C．先减小后增大D．先增大后减小解析　对通电导线受力分析，通电导线受重力、支持力和安培力作用，三力平衡，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，所受的安培力由沿斜面斜向上转到竖直向上，作出通电导线受力的动态变化图如图所示，由图可知，安培力逐渐增大，则B逐渐增大，A项正确．答案　A图8－1－711．如图8－1－7所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止．则(　　)．A．磁场方向竖直向上B．磁场方向竖直向下C．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向上D．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向下解析　本题考查物体的平衡及安培力方向的判断．受力分析如图所示，当磁场方向竖直向上时，由左手定则可知安培力水平向右，金属杆ab6\n受力可以平衡，A正确；若磁场方向竖直向下，由左手定则可知安培力水平向左，则金属杆ab受力无法平衡，B、C、D错误(转换思维法)．答案　A图8－1－812．如图8－1－8所示，MN、PQ为水平放置的平行导轨，通电导体棒ab垂直放置在导轨上，已知导体棒质量m＝1kg，长l＝2.0m，通过的电流I＝5.0A，方向如图所示，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝.若使导体棒水平向右匀速运动，要求轨道内所加与导体棒ab垂直的匀强磁场最小，则磁场的方向与轨道平面的夹角是(g＝10m/s2)(　　)．A．30°B．45°C．60°D．90°解析　对导体棒进行受力分析，如图所示，导体棒受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力、与运动方向相反的摩擦力，故要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，则设磁场方向与轨道平面成θ角向左斜向上，由左手定则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示，则BIlsinθ＝μN①，N＋BIlcosθ＝mg②，联立①、②式可得：B＝·＝＝，故θ＝60°时，磁感应强度最小．答案　C13．如图8－1－9所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源．现把一个质量m＝0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：图8－1－9(1)通过导体棒的电流；6\n(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力．解析　(1)根据闭合电路欧姆定律I＝＝1.5A.(2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30N.(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1＝mgsin37°＝0.24NF1＜F安，根据平衡条件mgsin37°＋f＝F安，解得：f＝0.06N.答案　(1)1.5A　(2)0.30N(3)0.06N6