高考物理大二轮总复习与增分策略 专题十五 磁场及其对电流的作用

专题十五 磁场及其对电流的作用考纲解读章内容考试要求说明必考加试磁场磁现象和磁场bb1.不要求计算导线与磁场不垂直时的安培力2利用安培力公式，综合其他力学规律，求解力学与电学综合的问题只限于所受各力在一条直线或相互垂直的情形磁感应强度cc几种常见的磁场bb通电导线在磁场中受到的力cd一、磁现象和磁场1磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引图12奥斯特实验(如图1所示)：(1)通电直导线沿南北方向放置在小磁针的上方(2)意义：说明通电导体周围存在着磁场，发现了电流的磁效应，首先揭示了电与磁之间是有联系的3磁场(1)磁场：存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质磁体与磁体之间、磁体和通电导体之间、通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用(3)地磁场：地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近二、磁感应强度安培定则1磁感应强度(1)定义式：B(通电导体垂直于磁场)(2)方向：小磁针静止时N极的指向(3)单位：特斯拉，简称特(T)，1 T1 .(4)磁感应强度是反映磁场性质的物理量，由磁场本身决定，是用比值法定义的2磁感线(1)引入：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致(2)特点：磁感线的特点与电场线的特点类似，主要区别在于磁感线是闭合的曲线(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图2所示)图23常见电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则三、安培力1安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，让拇指与其余四指垂直，并且都在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥2匀强磁场中安培力的大小(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.(2)当磁场与电流平行时，安培力等于零1下列四图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()A B C D答案C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，正确，错误，和为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出正确，错误故正确选项为C.2(2016台州模拟)磁场中某区域的磁感线如图3所示，则()图3Aa、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbBa、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbC同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小答案B解析在磁场中，磁感线疏密程度表示磁场的强弱，故BaI2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直磁感应强度可能为零的点是()图4Aa点 Bb点 Cc点 Dd点答案C解析要使某点合磁感应强度为零，必有I1和I2形成的两个磁场在该点的磁感应强度等大反向，只有c点有可能，选C.7如图5所示的电路中，电池相同，当开关S分别置于A、B两处时，导线MM与NN之间的安培力的大小分别为FA、FB，可判断这两段导线()图5A相互吸引，FAFBB相互排斥，FAFBC相互吸引，FAFBD相互排斥，FAFB答案D解析开关接A时导线中的电流小于接B时导线中的电流，故FAFB.两种情况下两段导线中均为反向电流，故相互排斥选项D正确8(2016湖州调研)如图6，一段导线abcd位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、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图6A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB答案A解析导线所受合力F合ILB2BILsin 45(1)ILB，方向沿纸面向上9(多选)图7中装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上、下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b及导轨两端e、f分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动下列说法正确的是()图7A若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动答案BD解析若a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定则判定金属杆所受安培力向左，则L向左滑动，A选项错误，同理判定B、D选项正确，C选项错误10通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图8所示，ad边与MN平行，关于MN中电流产生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是()图8A线框有两条边受到的安培力方向相同B线框有两条边受到的安培力大小相同C整个线框有向里收缩的趋势D若导线MN向左微移，各边受力将变小，但合力不变答案B解析由直线电流产生磁场的特点可知，与导线距离相等的位置磁感应强度大小相等，因此ab边与cd边受到的安培力大小相等，B对；由安培定则知MN中电流在导线框处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可判定ab边受力方向向下，cd边受力方向向上，ad边受力方向向左，bc边受力方向向右，但ad边受到的力大于bc边受到的力，整个线框有向外扩张的趋势，A、C错；若MN向左微移，则线框各边所在处磁场均减弱，故各边受力均变小，但ad边所在处减弱更多，故线框所受向左的合力变小，D错11(2016宁波模拟)如图9所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，金属棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是()图9A金属棒中的电流变大，角变大B两悬线等长变短，角变小C金属棒质量变大，角变大D磁感应强度变大，角变小答案A解析选金属棒MN为研究对象，其受力情况如图所示根据平衡条件及三角形知识可得tan ，所以当金属棒中的电流I、磁感应强度B变大时，角变大，选项A正确，选项D错误；当金属棒质量m变大时，角变小，选项C错误；角的大小与悬线长短无关，选项B错误12质量为m、长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60角，其截面图如图10所示则下列关于导体棒中的电流分析正确的是()图10A导体棒中电流垂直纸面向外，大小为B导体棒中电流垂直纸面向外，大小为C导体棒中电流垂直纸面向里，大小为D导体棒中电流垂直纸面向里，大小为答案C解析导体棒受到竖直向下的重力、斜向上的弹力，要使导体棒平衡，应受水平向右的安培力，重力和安培力的合力大小与弹力大小相等、方向相反，由平衡条件有tan 60，得导体棒中电流大小I，再由左手定则可知，导体棒中电流的方向应垂直纸面向里，故只有选项C正确13(多选)如图11甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒从t0时刻起，棒上通以如图乙所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向则金属棒()图11A一直向右移动B速度随时间周期性变化C受到的安培力随时间周期性变化D受到的安培力在一个周期内做正功答案ABC解析根据左手定则知金属棒在0内所受安培力向右，大小恒定，故金属棒向右做匀加速运动，在T内金属棒所受安培力与0内大小相等、方向相反，金属棒向右做匀减速运动，一个周期结束时金属棒速度恰好为零，以后始终向右重复上述运动，选项A、B、C正确；在0时间内，安培力方向与运动方向相同，安培力做正功，在T时间内，安培力方向与运动方向相反，安培力做负功，在一个周期内，安培力所做的总功为零，选项D错误14如图12所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L1 m导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m0.2 kg，棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直)，物体的质量为M0.3 kg.导体棒与导轨的动摩擦因数为0.5(g取10 m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？图12答案2 A由a指向b解析对导体棒ab 受力分析，由平衡条件得，竖直方向FNmg，水平方向BILFfMg0，又FfFN，联立解得I2 A，由左手定则知电流方向由a指向b.15如图13所示，在倾角30的斜面上，固定一宽L0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E12 V，内阻r1 ，一质量m20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好整个装置处于磁感应强度B0.80 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)金属导轨是光滑的，取g10 m/s2，要使金属棒在导轨上保持静止，求：图13(1)金属棒所受到的安培力的大小(2)通过金属棒的电流的大小(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值答案(1)0.1 N(2)0.5 A(3)23 解析(1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡，如图所示F安mgsin 30，代入数据得F安0.1 N.(2)由F安BIL得I0.5 A.(3)设滑动变阻器接入电路中的阻值为R0，根据闭合电路欧姆定律得：EI(R0r)解得R0r23 .