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1、2022年高考物理總復習 第26課 磁場 磁場對電流的作用練習 1．安培定則 a．根據(jù)安培定則分析電流產(chǎn)生的磁場 (1)(經(jīng)典題，6分)下列幾幅圖中，由電流產(chǎn)生的磁場方向正確的是(　　) 答案：B 解析：通電直導線電流產(chǎn)生的磁場的方向，可以利用右手螺旋定則判斷，大拇指指向直導線電流方向，四指指向磁感線方向，故A項錯誤。對于環(huán)形電流，四指彎曲方向為電流方向，大拇指指向內部中軸線磁場方向，故B項正確。從上往下看，線框的電流方向為順時針方向，根據(jù)安培定則可知軸線上磁場的方向向下，故C項錯誤。電流方向上邊垂直于紙面向里，下邊垂直于紙面向外，則根據(jù)安培定則，螺線管內部的磁場方向向左，故D項

2、錯誤。 b．利用安培定則判斷磁場方向進而求解磁感應強度 (2)(2017全國Ⅲ，6分)如圖所示，在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中，兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l。在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點處磁感應強度的大小為(　　) A.0 B.B0 C.B0 D. 2B0 答案：C 解析：在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零，則兩導線在a點產(chǎn)生的磁感應強度與外加磁場的磁感應

3、強度大小相等、方向相反，如圖(a)所示。 則外加磁場的方向與PQ平行，由Q指向P，大小滿足B1＝B0。根據(jù)幾何關系有 BPcos 30°＝B0，解得P或Q通電導線在a點的磁感應強度大小為BP＝B0。當P中電流反向，其他條件不變，通電導線在a點產(chǎn)生的磁感應強度如圖(b)所示。 根據(jù)幾何關系有B2＝B0，且外加磁場不變，故在a點的磁感應強度大小為B＝＝B0，故C項正確。 2．通電導線在磁場中受到的力 a．用左手定則判斷安培力的方向 (3)(經(jīng)典題，6分)如圖所示，把一個重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通如圖所示方向電流I時，導線將如

4、何運動(從上往下看)(　　) A．順時針方向轉動，同時下降 B．順時針方向轉動，同時上升 C．逆時針方向轉動，同時下降 D．逆時針方向轉動，同時上升 答案：A 解析：在導線兩側取兩小段，左側一小段所受安培力的方向垂直紙面向里，右側一小段所受安培力的方向垂直紙面向外，從上往下看，則導線順時針轉動，轉動的過程中，導線所受的安培力方向向下，所以導線的運動情況為順時針轉動，同時下降，故A項正確。 b．安培力F＝BIL中的L是指有效長度 (4)(經(jīng)典題，6分)如圖所示，一段導線abcd位于磁感應強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長

5、度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流經(jīng)導線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導線abcd所受到的磁場的作用力的合力(　　) A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILB B．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILB C．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILB D．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB 答案：A 解析：導線abcd的有效長度為(＋1)L，根據(jù)F＝BIL，可知導線受到的安培力大小為(＋1)BIL，根據(jù)左手定則可以判斷，導線受到的安培力沿紙面向上，故A項正確。 3．安培力作用下導體的平衡及運動 a．根據(jù)通電導體在磁場中受力平衡求參量 (5)(2015全國Ⅰ，12

6、分)如圖所示，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的磁感應強度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣，金屬棒通過開關與一電動勢為12 V的電池相連，電路總電阻為2 Ω。已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5 cm；閉合開關，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質量。 答案：豎直向下(2分)　0.01 kg(10分) 解析：根據(jù)題意，開關閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直

7、向下。(2分) 開關斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長量為Δl1＝0.5 cm。 根據(jù)胡克定律和力的平衡條件有 2kΔl1＝mg①(2分) 開關閉合后，金屬棒所受安培力的大小為 F＝BIL②(2分) 兩彈簧各自再伸長了Δl2＝0.3 cm，根據(jù)胡克定律和力的平衡條件有 2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③(2分) 根據(jù)歐姆定律有E＝IR④(2分) ①②③④聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)解得 m＝0.01 kg(2分) b．通電導體在磁場中處于平衡狀態(tài)需要滿足的條件 (6)(經(jīng)典題，6分)有一金屬棒ab，質量為m，電阻不計，可在兩條軌道上滑動，如圖所示，軌道間距為L，其平面與水平面的夾

8、角為θ，置于垂直于軌道平面向上的勻強磁場中，磁感應強度為B，金屬棒與軌道的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，回路中電源電動勢為E，內阻不計(假設金屬棒與軌道間動摩擦因數(shù)為μ)，則下列說法正確的是(　　) A．若R＞，導體棒不可能靜止 B．若R＜，導體棒不可能靜止 C．若導體棒靜止，則靜摩擦力的方向一定沿軌道平面向上 D．若導體棒靜止，則靜摩擦力的方向一定沿軌道平面向下 答案：B 解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律可得I＝，當導體棒受到的摩擦力向上且剛好靜止時，根據(jù)共點力平衡可得BIL＋μmgcos θ≥mgsin θ，解得 R ≤。當導體棒受到的摩擦力向下且剛好靜止時，根據(jù)共點力平衡可得BI

9、L≤μmgcos θ＋mgsin θ，解得R≥。故電阻的范圍在≤R ≤時，導體棒靜止，故A項錯誤，B項正確。根據(jù)以上分析可知靜摩擦力可能沿軌道平面向上，也可能沿軌道平面向下，也可能恰好為零，故C項、D項均錯誤。 c．通電導體在磁場中做切割磁感線運動 (7)(經(jīng)典題，8分)“電磁炮”是利用電磁力對彈體加速的新型武器，具有速度快、效率高等優(yōu)點。如圖是“電磁炮”的原理結構示意圖。光滑水平加速導軌電阻不計，軌道寬為L＝ 0.2 m。在導軌間有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度B＝1×102 T?！半姶排凇睆楏w總質量 m＝0.2 kg，其中彈體在軌道間的電阻R＝0.4 Ω，可控電源的內阻r＝0.

10、6 Ω，電源的電壓能自行調節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗發(fā)射時，電源為加速彈體提供的電流是I＝4×103 A，不計空氣阻力。求： ①彈體從靜止加速到4 km/s，軌道至少要多長； ②彈體從靜止加速到4 km/s過程中，該系統(tǒng)消耗的總能量。 答案：①20 m(3分)?、?.76×106 J(5分) 解析：①在導軌通有電流I時，彈體作為導體做切割磁感線運動，受到安培力的作用，有 F＝ILB(1分) 根據(jù)動能定理有Fx＝mv2(1分) 彈體從靜止加速到v＝4 km/s 解得軌道至少需要的長度為x＝20 m(1分) ②彈體從靜止加速到v＝4 km/s過程中， 根據(jù)牛

11、頓第二定律有F＝ma(1分) 根據(jù)運動學公式有v＝at(1分) 根據(jù)焦耳定律，發(fā)射過程中產(chǎn)生的熱量有 Q＝I2(R＋r)t(1分) 彈體的動能Ek＝mv2 系統(tǒng)消耗的總能量為 E＝Ek＋Q(1分) 解得E＝1.76×106 J(1分) d．磁流體問題 (8)(2018改編，8分)磁流體推進船的動力來源于電流與磁場間的相互作用。圖(a)是在平靜海面上某實驗船的示意圖，磁流體推進器由磁體、電極和矩形通道(簡稱通道)組成。如圖(b)所示，通道尺寸a＝2.0 m、b＝0.15 m、c＝0.10 m。工作時，在通道內沿z軸正方向加B＝8.0 T的勻強磁場；沿x軸負方向加勻強電場，使兩金屬板間的電壓U＝99.6 V；海水沿y軸方向流過通道。已知海水的電阻率ρ＝0.20 Ω·m。船靜止時，求電源接通瞬間推進器對海水推力的大小和方向。 答案：796.8 N(6分)　方向沿y軸正方向(向右)(2分) 解析：根據(jù)安培力公式，推力F1＝I1Bb(2分) 其中I1＝(1分) R＝ρ(2分) 解得F1＝796.8 N(2分) 根據(jù)左手定則可知，對海水推力的方向沿y軸正方向(向右)(1分)