2018-2019学年高二物理 寒假训练07 磁现象和磁场安培力

寒假训练07 磁现象和磁场安培力1【2018年南昌二中高三上学期第四次月考】两个相同的全长电阻为9 、半径为8 cm的均匀光滑圆环固定在一个绝缘的水平台面上，两环分别在两个互相平行的、相距为20 cm的竖直面内，两环的圆心连线恰好与环面垂直，两环面间有方向竖直向下的磁感应强度T的匀强磁场(未画出)，两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5 的电源，连接的导线的电阻不计。现有一根质量为10 g、电阻为1.5 的导体棒置于两环内侧且可沿环滑动，而棒恰好静止于如图所示的水平位置，它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为60，重力加速度g取10 m/s2。(1)求此电源电动势E的大小；(2)若换上两个电阻可忽略的光滑圆环和电动势E的大小为2 V的电源，其他条件不变，现将棒从圆环最低点静止释放，问：棒经过P、Q点时对两环的弹力各为多少？棒能上升的最大高度为多少？一、多选题1【2018年浙江省名校协作体高三上学期9月联考】物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。关于物理学发展过程中的认识，下列说法不正确的是( )A法拉第创造性地用“场线”形象地描述“场”B奥斯特发现了电流的磁效应C自然界的电荷只有两种，库仑把它们命名为正电荷和负电荷D牛顿进行了“月地检验”，得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论2【2018年台州中学高二上学期月考】关于磁感应强度，下列说法正确的是( )A磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定的，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关B通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场C人们通常用通电导线在磁场中某点的受力来探究磁场的强弱，如果将这根通电导线拿走，那该点的磁感应强度就变为零D由可知，B与F成正比与IL成反比3【2018年遵义市第四教育集团高三上学期第二次联考】(多选)无限长通电直导线在周围某一点产生的磁场的磁感应强度B的大小与电流成正比，与导线到这一点的距离成反比，即(式中k为常数)。如图所示，两根相距L的无限长直导线分别通有电流I和3I，在两根导线的连线上有a、b两点，a点为两根直导线连线的中点，b点距导线I的距离为L。下列说法正确的是( )Aa点和b点的磁感应强度方向相同Ba点和b点的磁感应强度方向相反Ca点和b点的磁感应强度大小之比为8 : 1Da点和b点的磁感应强度大小之比为16 : 14【2018年赣州高二月考】如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef，已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流产生的磁场穿过圆面积的磁通量将( )A始终为零 B逐渐减小C逐渐增大D不为零，但保持不变5【2018年吉林上学期高二第二次月考】如图所示，A为通电线圈，电流方向如图，B、C为与A在同一平面内的两同心圆，B、C分别为通过两圆面的磁通量的大小，下列判断中正确的是( )ABCBB CC穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向外的D穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向里的6【2018年重庆一中高二月考】将圆柱形强磁铁吸在干电池的负极，强磁铁的S极朝上N极朝下，金属导线折成上端有一支点，下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源的正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池旋转起来。下列判断正确的是( )A线框能旋转起来，是因为惯性B俯视观察，线框沿逆时针方向旋转C电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率D导线框将上下振动7【2018年浙江省高三上学期11月选考】电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的通电平行线圈和，线圈固定，线圈置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是( )A当天平示数为负时，两线圈电流方向相同B当天平示数为正时，两线圈电流方向相同C线圈对线圈的作用力大于线圈对线圈的作用力D线圈对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力是一对相互作用力8【2018年安庆市高三上学期五校联考】如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场方向斜向右上方，与水平方向所夹的锐角为45。将一个金属圆环ab置于磁场中，圆环的圆心为O，半径为r，两条半径Oa和Ob相互垂直，且Oa沿水平方向。当圆环中通以电流I时，圆环受到的安培力大小为( )A2BIr B CBIr D9【2018年长安区第一中学高二上学期期中】如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是( )A BC D10【2018年汕头市金山中学高二上学期期中】(多选)如图所示，圆圈中的“”表示电流方向垂直纸面向里，圆圈中的“”表示电流方向垂直纸面向外。两根通电长直导线a、b平行水平放置，a、b中的电流强度均为I，此时a受到的磁场力大小为F。当在a、b的上方再放置一根与a、b平行的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小仍为F，图中abc正好构成一个等边三角形，则此时( )Ab受到的磁场力大小为FBb受到的磁场力大小为Cc受到的磁场力大小为FDc受到的磁场力大小为二、解答题11【2018年兰州一中高二12月月考】如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，匀强磁场的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡，然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。(1)若线圈串联一个电阻R连接到电压为U的稳定电源上，已知线圈电阻为r，当线圈中通过电流I时，请用题给的物理量符号表示出电阻R的大小；(2)请用重力加速度g和n、m、L、I导出B的表达式。12【龙泉中学2018年高二月考】如图所示，通电直导线ab质量为m、长为L，水平地放置在倾角为的光滑斜面上，通以图示方向的电流，电流强度为I，要求导线ab静止在斜面上。(1)若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度的大小如何？(2)若要求磁感应强度最小，则磁感应强度的方向和大小如何？寒假训练07 磁现象和磁场安培力1【解析】（1）从左向右看，棒PQ的受力如图所示，棒受重力mg、安培力F安和环对棒的弹力FN作用；根据平衡条件得F安=mgtan安培力F安=IBL联立解得I=1 A在电路中两个圆环分别连入电路的电阻为R环=139239139+239=2 由闭合电路欧姆定律得：E=I(r+2R环+R棒)=6 V.（2）若换上两个电阻可忽略的光滑圆环和电动势E的大小为2V的电源，则电路中的电流I1=ER棒+r=20.5+1.5A=1A安培力F安1=BI1L=310N 棒经过P、Q点时的速度为v，则F安1Rsin600-mgR(1-cos600)=12mv2解得：v=1.6m/s；棒在经过P、Q点时，由牛顿第二定律：2FN1-mgcos600-F安1cos300=mv2R解得FN1=0.2N 棒在平衡位置的速度最大，此位置的与圆心的连线与竖直方向的夹角为tan=F安1mg=3，则=600，则棒能上升的最高点应该关于平衡位置对称，则棒能上升的最大高度为h=R(1+cos600)=12cm一、多选题1【答案】C【解析】法拉第认为电荷的周围存在着由它产生的电场，并创造性地用“场线”形象地描述“场”，A正确；奥斯特发现了电流周围存在着磁场，B正确；自然界中有两种电荷，但不是库仑命名的，C错误；牛顿进行了“月-地检验”，得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论，D正确2【答案】A【解析】磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定的，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关，人们通常用通电导线在磁场中某点的受力来探究磁场的强弱，如果将这根通电导线拿走，那该点的磁感应强度仍然是不变的，选项A正确，C错误；通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方也可能存在磁场，例如当导线和磁场方向平行时，导线受磁场力为零，选项B错误；磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定的，与导线所受的安培力F和IL无关，选项D错误。3【答案】AD【解析】根据右手螺旋法则，导线周围的磁场的磁感线，是围绕导线形成的同心圆，3I导线与I导线在a处的磁感应强度方向都向下，则合磁感应强度方向向下的；由B=kIL 3I导线在b处的磁感应强度方向向下，而I导线在b处的磁感应强度方向向上，因3I导线产生的磁场较大，则合磁感应强度方向向下，因此a点和b点的磁感应强度方向相同，故A正确，B错误；3I导线与I导线在a处的磁感应强度大小Ba=k3IL2+kIL2=k8IL，而3I导线与I导线在b处的磁感应强度大小Bb=k3I2L-kIL=KI2L，则a点和b点的磁感应强度大小之比为16：1，故C错误，D正确。4【答案】A【解析】电直导线产生稳定的磁场，由于从线圈这面穿过，又从这面穿出，则穿过线框的磁感线的条数为零，磁通量为零，故A正确，BCD错误。5【答案】C【解析】根据题意可知，结合右手螺旋定则可得，线圈A产生的磁场的磁场方向垂直向外，而外部则垂直向里，净磁通量向外，故C正确，D错误；磁通量可看成穿过线圈的磁感线条数，由于线圈A产生的磁场的磁场方向垂直向外，而外部则垂直向里，当线圈的面积越大时，则相互抵消的越多，因此穿过线圈B的磁通量最大，线圈C的磁通量最小，故A、B错误。6【答案】B【解析】扁圆柱形磁铁上端为S极，下端为N极，周围磁感线由上往下斜穿入线框内部，而电流的方向是从正极到负极，即电流方向是向下的，根据左手定则右边的线框受到向里的安培力，左边的导线框受到向外的安培力，所以从俯视的角度上观察，线框应该逆时针旋转，故A、D错，B对；根据能量守恒知，电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率与回路中产生的热量之和，故C错误。7【答案】A【解析】当两线圈电流相同时，表现为相互吸引，电流方向相反时，表现为相互排斥，故当天平示数为正时，两者相互排斥，电流方向相反，当天平示数为负时，两者相互吸引，电流方向相同，A正确B错误；线圈对线圈的作用力与线圈对线圈的作用力是一对相互作用力，等大反向，C错误；静止时，线圈II平衡，线圈对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力是一对平衡力，D错误8【答案】D【解析】通电导线的有效长度为L=2r，故受到的安培力为F=BIL=2BIr，故选D。9【答案】D【解析】矩形线圈abcd如图所示放置，匀强磁场方向向左上方，平面水平放置时通过线圈的磁通量为1=BSsin3012BS。当规定此时穿过线圈为正面，则当线圈绕ad轴转90角时，穿过线圈反面，则其的磁通量2=BScos3032BS。因此穿过线圈平面的磁通量的变化量为2132BS12BS3+12BS。故选D。10【答案】BC【解析】加上导线c后，a受到的磁场力如图所示，a受到的合磁场力仍为F，则受到c给的磁场大小也为F，与b给的磁场力夹角为120，故合力为Fa=F，因为abc正好构成一个等边三角形，所以c给b的磁场力大小为F，c受到的磁场力如图所示，根据平行四边形定则可得b受到的磁场力Fb=2Fcos30=3F，根据牛顿第三定律可得，c受到的a、b给的磁场力如图所示，根据平行四边形定则可得Fc=F，BC正确二、解答题11【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律可得I（R+r）=U解得：R=UI-r；(2) 根据平衡条件，有：mg=2nBIL，解得：B=mg2nIL。12【解析】(1)若磁场方向竖直向上，从a向b观察，导线受力情况如图所示，由平衡条件得：在水平方向上：F-FNsin=0在竖直方向上：mg-FNcos=0其中F=BIL联立以上各式可解得：B=mgtanIL；(2) 若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与通电导线垂直，另一方面应调整磁场方向使与重力、支持力合力相平衡的安培力最小，如图所示，由力的矢量三角形讨论可知，当安培力方向与支持力垂直时，安培力最小，对应磁感应强度最小，设其值为Bmin，则：BminIL=mgsin，解得：Bmin=mgsinIL根据左手定则判定知，该磁场方向垂直于斜面向上。9