2024高考物理一轮复习第九章磁场第1讲磁场及其对电流的作用练习含解析新人教版

PAGEPAGE7第1讲磁场及其对电流的作用一、单项选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．(2024·四川绵阳二诊)如图所示是我国最早期的指南仪器——司南，静止时它的长柄指向南方，是由于地球表面有地磁场。下列与地磁场有关的说法，正确的是(C)A．地磁场是假想的，客观上不存在B．地球表面上随意位置的地磁场方向都与地面平行C．通电导线在地磁场中可能不受安培力作用D．运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力可以对运动电荷做正功[解析]本题考查地磁场。地磁场是客观存在的，磁感线是人们为了探讨便利而假想出来的，故A错误；磁场是闭合的曲线，地球磁场从地理南极旁边发出，从北极旁边进入地球，组成闭合曲线，不是地球表面随意位置的地磁场方向都与地面平行，故B错误；当通电导线与地磁场平行放置时，导线不受安培力，故C正确；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力不做功，故D错误。2．(2024·河南名校协作体联考)如图甲所示为“海影号”电磁推动试验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯穿。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，舰艇因此前进。要使图乙中的舰艇向右前进，则所加磁场的方向应为(C)A．水平向左 B．水平向右C．垂直纸面对外 D．垂直纸面对里[解析]本题考查流体所受安培力的作用与牛顿第三定律。依据题意，M、N分别接电源正、负极，所以有从M到N的电流，要使舰艇向右运动，即受向右的作用力，依据牛顿第三定律可知，海水受向左的安培力，依据左手定则可以推断出磁场方向垂直纸面对外，所以选项C正确。3．老师在课堂上做了两个小试验，让小明同学印象深刻。第一个试验叫作“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，假如把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，如图甲所示。其次个试验叫作“振动的弹簧”，把一根松软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发觉弹簧不断上下振动，如图乙所示。下列关于这两个趣味试验的说法正确的是(C)A．图甲中，假如变更磁场的方向，液体的旋转方向不变B．图甲中，假如变更电源的正负极，液体的旋转方向不变C．图乙中，假如变更电源的正负极，依旧可以视察到弹簧不断上下振动D．图乙中，假如将水银换成酒精，依旧可以视察到弹簧不断上下振动[解析]图甲中，仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正负极位置，安培力方向确定变更，液体的旋转方向要变更，选项A、B均错误；图乙中，当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线四周都产生了磁场，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，起先重复上述过程，可以视察到弹簧不断上下振动；假如变更电源的正负极，依旧可以视察到弹簧不断上下振动；但是假如将水银换成酒精，酒精不导电，则弹簧将不再上下振动，选项C正确，D错误。4．(2024·河北辛集中学第四次段考)如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则下列有关穿过平面的磁通量的说法中不正确的是(C)A．如图所示位置时磁通量大小等于BSB．若使框架绕OO′转过60°角，磁通量大小为eq\f(1,2)BSC．若从初始位置转过90°角，磁通量大小为BSD．若从初始位置转过180°角，磁通量变更量的大小为2BS[解析]本题考查对磁通量的理解。线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量等于磁感应强度与线圈面积的乘积，故图示位置的磁通量为Φ＝BS，故A正确；使框架绕OO′转过60°角，则在磁场方向的投影面积变更为eq\f(1,2)S，则磁通量为eq\f(1,2)BS，故B正确；线圈从图示位置转过90°的过程中，S垂直磁场方向上的投影面积渐渐减小，故磁通量渐渐减小，当线圈从图示位置转过90°时，磁通量为0，故C错误；从初始位置转过180°角，磁通量变更量大小为ΔΦ＝BS－(－BS)＝2BS，故D正确。5．(2024·唐山模拟)将长为L的导线弯成六分之一圆弧，固定于垂直纸面对外、大小为B的匀强磁场中，两端点A、C连线竖直，如图所示。若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流，则导线所受安培力的大小和方向是(D)A．ILB，水平向左 B．ILB，水平向右C．eq\f(3ILB,π)，水平向右 D．eq\f(3ILB,π)，水平向左[解析]弧长为L，圆心角为60°，则弦长AC＝eq\f(3L,π)，导线受到的安培力F＝BIl＝eq\f(3ILB,π)，由左手定则可知，导线受到的安培力方向水平向左。6．(2024·山东潍坊一模)如图所示，导体棒ab用绝缘细线水平悬挂，且通有由a到b的电流，ab的正下方放一圆形线圈，导体棒ab与线圈平面平行，线圈通过导线、开关与直流电源连接。开关闭合的瞬间，导体棒ab将(B)A．向外摇摆B．向里摇摆C．保持静止，细线上张力变大D．保持静止，细线上张力变小[解析]当开关闭合时，依据安培定则可以推断，线圈在通电导线ab处产生的磁场方向竖直向下，再依据左手定则可知，ab棒受到的安培力垂直于纸面对里，故导体棒向里摇摆，B正确。7．如图所示，两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨宽度为L，一端与电源连接。一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝eq\f(\r(3),3)，在安培力的作用下，金属棒以v0的速度向右匀速运动，通过变更磁感应强度的方向，可使流过金属棒的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为(B)A．37° B．30°C．45° D．60°[解析]由题意对棒受力分析，设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角，则有BILcosθ＝μ(mg－BILsinθ)，整理得BIL＝eq\f(μmg,cosθ＋μsinθ)。电流有最小值，就相当于安培力的最小值，最终由数学学问解得：θ＝30°，则A、C、D错误，B正确。二、多项选择题：在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。8．(2024·山西重点中学联考)在赤道旁边水平放置一根长L的直导线，导线中通有恒定电流I，地磁场在赤道的磁感应强度为B，若不考虑磁偏角的影响，那么地磁场对该导线的作用力大小及方向可能是(AB)A．0 B．eq\f(BIL,2)，竖直向下C．BIL，向西 D．eq\f(BIL,3)，向东[解析]当水平通电直导线与磁场方向平行时，地磁场对通电导线的作用力为零，选项A正确；当水平通电直导线与磁场方向垂直时，地磁场对通电导线的作用力大小为BIL，且为最大值；当水平通电直导线与磁场方向成一夹角时，地磁场对通电导线的作用力大小应介于0和BIL之间，方向均沿竖直方向，选项B正确，C、D错误。9．(2024·陕西咸阳模拟)如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来处于静止状态，此时磁铁对水平面的压力为FN1。现在磁铁左上方位置固定一导体棒，在导体棒中通以垂直纸面对里的电流瞬间，磁铁对水平面的压力变为FN2，同时出现其他变更，则以下说法正确的是(BC)A．弹簧长度将变长 B．弹簧长度将变短C．FN1>FN2 D．FN1<FN2[解析]在磁铁的左上方位置固定一导体棒，在导体棒中通以垂直纸面对里的电流瞬间，由左手定则可推断出导体棒所受的安培力斜向右下，由牛顿第三定律可知，条形磁铁所受的安培力斜向左上，因此弹簧长度将变短，磁铁对水平面的压力减小，即FN1>FN2，选项B、C正确，A、D错误。10．(2024·吉林延边模拟)如图甲所示，一长直导线沿南北方向水平放置，在导线下方有一静止的灵敏小磁针，小磁针最初静止于图甲所示方位。现在导线中通以图甲所示方向的恒定电流，测得小磁针偏离南北方向的角度θ的正切值tanθ与小磁针离开导线的距离x之间的关系如图乙所示。若该处地磁场的水平重量为B0，小磁针始终处于长直导线正下方，则下列推断中正确的是(ACD)A．通电后，小磁针的N极向纸面内偏转B．通电后，小磁针静止时N极所指的方向即为电流在小磁针处产生的磁场方向C．电流在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为eq\f(\r(3),3)B0D．x0处合磁场的磁感应强度大小为eq\f(2\r(3),3)B0[解析]本题考查探究电流产生的磁场。依据安培定则可知，通电后，小磁针的N极向纸面内偏转，故A正确；磁场的磁感应强度是矢量，通电后，小磁针静止时N极所指的方向即为电流在小磁针处产生的磁场与地球的磁场的合磁场的方向，故B错误；设电流在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为B1，则有tanθ＝eq\f(B1,B0)，所以B1＝eq\f(\r(3),3)B0，故C正确；由矢量的合成可知，x0处合磁场的磁感应强度大小为eq\f(2\r(3),3)B0，故D正确。11．(2024·湖南湘潭一模)全球性“超导热”的兴起，使超导电磁船的制造成为可能。如图是电磁船的简化原理图，MN和CD是与电源相连的两个电极，MN与CD之间部分区域有垂直纸面对内的匀强磁场(磁场由超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，两电极之间的海水会受到安培力的作用，船体就在海水的反作用力推动下向前驶动，下列说法正确的是(BC)A．要使船前进，图中MN导体棒应接直流电源的正极B．变更电极的正负或磁场方向，可限制船前进或后退C．增大电极间的电流，可增大船航行的速度D．增大匀强磁场的磁感应强度，可减小船体的推动力[解析]本题考查电磁驱动原理。当MN接直流电源的正极时，海水中电流方向由MN指向CD，依据左手定则，海水受到的安培力指向船头方向，依据牛顿第三定律可知，船体受到海水指向船尾方向的作用力，故使船体向后运动，选项A错误；变更电极的正负或磁场方向，可变更安培力的方向，可限制船前进或后退，选项B正确；增大电极间的电流，依据安培力公式，增大了安培力(动力)，由牛顿其次定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，选项C正确；增大匀强磁场的磁感应强度，由安培力公式F＝BIL可知，可增大船体的推动力，选项D错误。三、非选择题12．(2024·成武模拟)如图所示，水平导轨间距为L＝0.5m，导轨电阻忽视不计；导体棒ab的质量m＝1kg，连入导轨间的电阻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，与导轨平面的夹角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，轻绳对ab的拉力为水平方向，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；(3)重物重力G的取值范围