专题54 磁场及其对电流的作用（广东专用）（解析版）

2022年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）专题54磁场及其对电流的作用（时间：30分钟）1、如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线悬挂，金属棒中通有由M到N的恒定电流，现在空间中加一匀强磁场，要使金属棒静止且绝缘细线与竖直方向成角，则下列几种情况中磁感应强度最小的是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】A图中，根据平衡条件可得解得，磁感应强度大小应为B图中，根据左手定则判断，安培力竖直向上，根据平衡条件可知必须满足可得C图中，根据平衡条件和几何关系可得，解得，磁感应强度大小D图中，金属棒所受安培力竖直向下，无法使金属棒保持平衡。由以上分析可知磁感应强度最小的是A图。故选A。2、如图所示，长度为d、质量为m的导体棒用绝缘细线悬挂并垂直纸面放置，导体棒中有方向由a指向b、大小为I的电流，导体棒处在水平向右的匀强磁场中、现改变匀强磁场方向，使其方向逆时针缓慢转到水平向左，此过程中细线与竖直方向的最大夹角为37°。已知重力加速度为g（安培力小于重力），不计空气阻力，，。则匀强磁场的磁感应强度B大小为（）A． B． C． D．【答案】B【解析】缓慢调节磁场方向时，导体棒受安培力大小不变，对导体棒受力分析，并作出安培力的旋转矢量如图所示，由图可知当安培力方向与细线拉力方向垂直时，导体棒与竖直方向夹角最大，由图中几何关系可知变形得故选B。3、（多选）如图所示，间距为L=0.3m的平行光滑金属导轨上端接有电动势E=3.0V，内阻r=1.0Ω的直流电源，导轨平面与水平面成θ=37°角，匀强磁场方向沿竖直方向，现把一质量为m=0.1kg，电阻为R=2.0Ω的金属棒ab垂直放在金属导轨上，使金属棒与导轨保持良好接触，金属棒恰好静止。已知g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则（）A．金属棒ab的发热功率为3.0WB．磁感应强度大小为2.5TC．磁场方向竖直向上D．若改变磁场方向，仍使金属棒静止在导轨上，磁感应强度的最小值为2.0T【答案】BCD【解析】A．根据闭合电路欧姆定律可知，电流金属棒的发热功率为A错误；C．根据受力平衡可知，安培力方向水平向右，则磁场方向竖直向上，C正确；B．对金属棒进行受力分析可得解得选项B正确；D．改变磁场方向，仍使金属棒静止在导轨上，磁感应强度最小时磁场的方向应垂直导轨向上，此时有解得选项D正确。故选BCD。4、（多选）通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面（纸面）内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动，则下列判定正确的是（）A．L2绕轴O按顺时针转动B．L2绕轴O按逆时针转动C．L4绕轴O按顺时针转动D．L4绕轴O按逆时针转动【答案】BC【解析】AB．图甲中，根据安培定则可知，L1导线上方的磁场方向垂直纸面向外，离导线越远，磁场越弱，由左手定则可知，通电导线L2处于垂直纸面向外的磁场，且越靠近L1，安培力越强，从而出现L2绕轴O按逆时针方向转动，故B正确，A错误；CD．图乙中O点上方导线L4所受安培力向右，O点下方导线L4所受安培力向左，即L4绕轴O按顺时针转动，故C正确，D错误。故选BC。5、小波同学在网上购买了两块长方体的钕铁硼强磁铁（能导电），他将两个强磁体吸在一个5号电池正负两极，并且将这个组合体放在了水平桌面上，磁铁的左右两侧分别为N极和S极，如图甲所示，图乙是俯视图。现将一长条形锡箔纸架在两强磁体上方，该锡箔纸将（）A．向y轴正方向运动 B．向y轴负方向运动C．在纸面内沿顺时针方向转动 D．在纸面内沿逆时针方向转动【答案】C【解析】根据磁场的分布，及通过锡箔电流可等效如图所示，由左手定则可知锡箔在磁场中的所受安培力如图所示该锡箔纸将在纸面内沿顺时针方向转动，所以C正确；ABD错误；故选C。6、如图所示，边长为a的等边的A、B、C三点处各放置一个点电荷，三个点电荷所带电荷量数值均为Q，其中A、B处为正电荷，C处为负电荷；边长为a的等边的E、F、G三点处均有一垂直纸面的电流大小为I的导线，其中E、F处电流垂直纸面向内，G处电流垂直纸面向外，O，H是三角形的中心，D为中点，若两三角形均竖直放置，且、相互平行，下列说法正确的是（）A．O点处的电势高于D点处的电势B．带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中电势能减小C．A点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受安培力方向相同D．正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向外的通电导线在H点处所受安培力方向相同【答案】D【解析】A．结合三个点电荷分布可知，CD的电场线方向由D指向C，顺着电场线的方向电势逐渐降低，即O点处的电势低于D点处的电势，故A错误；B．带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中，电势降低，故负电荷的电势能增大，故B错误；C．在电场中，根据同种电荷排斥，异种电荷相吸引，分别作出B、C对A的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得A点电荷所受电场力，其方向如左图所示；在磁场中，根据同向电流相吸引，反向电流相排斥，分别作出F、G对E的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得E点处通电直导线所受安培力，其方向如右图所示由图可知，A点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受安培力方向不相同，故C错误；D．在电场中，作出A、B、C三个点电荷在O点产生的电场强度方向，因正电荷A、B两点电荷产生的电场强度大小相等，与DC线的夹角相等，根据平行四边形定则可知，A、B的合电场强度方向由O指向C，而负电荷C在O点产生的电场强度方向，也是由O指向C，如左图所示，故三个点电荷在O点产生的电场强度方向最终也是由O指向C，所以将正电荷放在O点，其所受的电场力方向由O指向C；在磁场中，分别作出E、F、G三根通电导线在H点产生的磁感应强度方向，因E、F的电流大小相等，方向相同，且都向里，则两根通电导线在H点产生的磁感应强度大小相等，方向如右图所示根据平行四边形定则，可知E、F两根通电导线的合磁感应强度方向沿水平向右，而G通的电流方向是垂直纸面向外，故在H点产生的磁感应强度方向是水平向右，故三根通电导线的最终合磁感应强度方向水平向右，所以根据左手定则可知，在H点放一根电流方向垂直纸面向外的通电导线，所受的安培力方向由H指向G，即正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向外的通电导线在H点处所受安培力方向相同，故D正确。故选D。7、（多选）如图所示，倾角为的粗糙绝缘斜面处于垂直斜面向下的匀强磁场中，在斜面上有一根有效长度为、质量为、水平放置的导体棒，当导体棒中分别通入方向相同的电流、时，导体棒均能沿斜面匀速运动。已知，重力加速度为，则下列说法正确的是（）A．通入电流时导体棒沿斜面向上运动 B．匀强磁场的磁感强度为C．导体棒与斜面间的动摩擦因数为 D．若电流，通入电流时也能使导体棒沿斜面做匀速直线运动【答案】BC【解析】A．由题意可知通电流I1和I2时，导体棒均能沿斜面匀速运动且I1<I2，故通I1时导体棒沿斜面向下运动，通I2时导体棒沿斜面向上运动，故A错误；BC．两种情况下，导体棒匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件得，沿斜面向下运动有沿斜面向上运动有联立解得，故BC正确；D．因I1和I2可分别使导体棒沿斜面向下或向上做匀速运动直线，而根据磁场方向又知安培力在沿斜面方向，摩擦力大小不变，重力沿斜面分力不变，故不存在其它电流让导体棒做匀速直线运动，故D错误。故选BC。8、（多选）如图甲所示为电流天平，此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。它的横臂（图乙）能绕转轴自由转动，轴的两侧臂长度相等。在轴的右侧，沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线，天平最右端导线的长度为l。先调整天平处于平衡，把U形导线端放入待测的磁场中（如图丙所示），给U形导线和螺线管分别通以大小为I和。的电流。段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜，在天平的另一端可以加适当的砝码，使天平恢复平衡。设当地重力加速度。则下列说法正确的是（）A．若在电流天平的左端增加的砝码质量为m，则长螺线管内部的磁感应强度B为B．若螺线管内部的磁感应强度，则在螺线管内部与螺线管轴线平行的一条通电导线所受安培力为0C．若螺线管内部的磁感应强度，段导线的长度为，U形导线通电电流，为使天平保持平衡，应在左端悬挂的砝码D．假如使通过段导线的电流反向，仍可以通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度【答案】AB【解析】A．当电流天平两端平衡时，由于力臂相等，两端的受力相等，则有故A正确；B．螺线管内部的磁场方向平行于螺线管，对同样平行的导线没有力的作用，故B正确；C．根据解得加故C错误；D．当段导线电流反向时，根据左手定则，安培力变为向上，则不能通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度，故D错误。故选AB。9、如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω．已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm，重力加速度大小取10m/s2．判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．【答案】【解析】金属棒通电后，闭合回路电流导体棒受到安培力根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下开关闭合前开关闭合后10、电磁轨道炮工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行光滑轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I0从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小B=kI0。通电的弹体在轨道上由于受到安培力的作用而高速射出。小明同学从网上购买了一个轨道炮模型，其轨道长度为L=50cm，平行轨道间距d=2cm，弹体的质量m=2g，导轨中的电流I0=10A，系数k=0.1T/A求（1）弹体在轨道上运行的加速度a；（2）弹体离开轨道过程中受到安培力的冲量I；（3）现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，通过分析说明，理论上可采用的哪些办法？（至少说出两种方法）【答案】（1）；（2）I=0.02N∙s；（3）见解析【解析】（1）磁感应强度所受安培力d可得（2）由动能定理可知弹体受到的冲量可得I=0.02N∙s（3）由以上表达式可知可知：欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，可采用的方法有：轨道中的电流变为原来的2倍；弹体质量变为原来的；轨道间距变为原来的4倍；轨道长度变为原来的4倍。11、（多选）如图所示，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t＝0时刻起，棒上的交变电流按如图所示的规律变化，则金属棒（  ）A．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】BC【解析】AB．由左手定则可知，金属棒一开始向右加速运动，当t＝时电流反向，金属棒开始减速，在t＝时刻速度变为零，然后反向加速再减速运动，t＝T时速度变为零并回到原出发点，接着重复上述运动，故A错误，B正确；C．安培力F＝BIL由图象可知安培力F随时间周期性变化，故C正确；D．一个周期内，金属棒初、末速度相同，由动能定理可知安培力在一个周期内做功为零，故D错误。故选BC。12、如图所示，水平导轨间距为L＝0.5m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1kg，电阻R0＝0.9Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10V，内阻r＝0.1Ω，电阻R＝4Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力沿水平方向，重力加速度g＝10m/s2，ab处于静止状态。已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：（1）通过ab的电流大小和方向；（2）ab受到的安培力大小