全国版2021高考物理一轮复习专题十磁场考点1磁场的描述及安培力的应用精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题十磁场考点1磁场的描述及安培力的应用精练含解析

磁场的描述及安培力的应用 ‎1.[2020河北唐山高三摸底]在绝缘水平桌面上,一半径为R的超导圆环置于一个水平均匀辐射的磁场中,环上各点的磁感应强度大小均为B,若超导圆环上载有恒定电流I,其俯视图如图所示,则下列说法正确的是(　　)‎ A.圆环对桌面的压力等于圆环重力 B.圆环对桌面的压力大于圆环重力 C.圆环所受安培力的大小为2BIR D.圆环所受安培力的大小为2πBIR ‎2.[2020贵州贵阳摸底]如图所示,a、b两根长直导线垂直纸面放置,两导线内通有大小相等、方向相反的电流,O点在纸面与导线平面的交线上且到两导线距离相等,MN是过O点且垂直于导线平面的竖直线,一个带电粒子从M点以初速度v沿MN方向运动,粒子重力不计,下列说法正确的是(　　)‎ A.粒子沿MN方向先做加速运动后做减速运动 B.粒子沿MN方向一直做匀速直线运动 C.粒子偏向MN左侧先做加速运动后做减速运动 D.粒子偏向MN右侧先做减速运动后做加速运动 ‎3.[2020山西太原名校定时训练]如图所示,在圆心为O的圆周上固定着三根互相平行的长直导线A、B、C,三导线中通入的电流大小相同,其中导线A中的电流垂直于圆平面向外,导线B、C中的电流垂直于圆平面向里,三导线在圆周上的点与圆心O的连线互成120°角,圆平面内还存在一个方向与该平面平行、大小为B0的匀强磁场(未画出),O点的磁感应强度为零.如果撤去匀强磁场和导线A,则O点的磁感应强度的大小和方向分别为(　　)‎ A.B‎0‎‎2‎,垂直于AO向左 B.B‎0‎‎2‎,沿OA向下 C.‎3‎B‎0‎‎2‎,垂直于AO向左 D.‎3‎B‎0‎‎2‎,沿OA向下 ‎4.‎ - 4 -‎ ‎[2020湖北武汉质量检测]如图所示是早期发明的一种电流计,它是根据奥斯特实验现象中小磁针的偏转来计量电流的,缺点是精确度不高、易受外界干扰.接通电流前,位于环形导线中央的小磁针处于静止状态(此时小磁针所受的磁场作用仅有地磁场作用),调整电流计的方位,使环形导线与小磁针共面.当给环形导线通以恒定电流I后,小磁针偏转α角;当给环形导线通以恒定电流kI时,小磁针偏转β角.若已知环形电流圆心处的磁感应强度与通电电流成正比,则关于这种电流计,下列说法正确的是(　　)‎ A.该电流计的测量结果与地磁场的竖直分量有关 B.该电流计在地球上不同位置使用时,所标刻度均相同 C.小磁针偏转角满足关系式sin β=ksin α D.小磁针偏转角满足关系式tan β=ktan α ‎5.[2020江西宜春模拟]如图所示,在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨CD、EF,导轨上放一金属棒MN.现从t=0时刻起,给金属棒通以图示方向的电流且电流强度与时间成正比,即I=kt,其中k为常量,金属棒与导轨始终垂直且接触良好.下列关于金属棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图象,可能正确的是(　　)‎ ‎6.[2019重庆第一次质量抽测,多选]在下列所述的各磁场规定的位置内,能找到两点磁感应强度相同的是(　　)‎ A.垂直于通电直导线的一个平面内 B.通电长直螺线管的内部 C.两根平行长直导线通以大小相等、方向相同的电流,在两导线之间的一条垂线段上 D.两根平行长直导线通以大小相等、方向相反的电流,在两导线之间的一条垂线段上 ‎7.‎ ‎[2019浙江台州3月模拟]如图所示,在水平绝缘杆上用两条等长的平行绝缘丝线悬挂一质量为m的导体棒,将导体棒放置在U形磁铁的磁场中.现将导体棒通上电流,由于安培力的作用,当两条丝线与竖直方向均成30°角时,导体棒处于平衡状态.若重力加速度为g,则关于导体棒在平衡状态时的说法正确的是(　　)‎ A.导体棒所在处的磁感应强度处处相等 B.导体棒受到的安培力大小一定是‎1‎‎2‎mg C.每条丝线对导体棒的拉力大小一定是‎3‎‎3‎mg - 4 -‎ D.导体棒受到的安培力与拉力的合力大小一定是mg 考点1　磁场的描述及安培力的应用 ‎1.D　根据左手定则可知,圆环所受的安培力方向垂直桌面竖直向上,故对桌面的压力小于自身的重力,选项A、B均错误;安培力大小F=I·2πR·B=2πBIR,选项C错误,D正确.‎ ‎2.B　根据右手螺旋定则和磁场叠加原理可知,两通电直导线在直线MN上所产生的合磁场方向始终沿MN方向,当带电粒子沿MN方向运动时,其运动方向正好与合磁场方向平行,则带电粒子不受洛伦兹力作用,故粒子将一直做匀速直线运动,选项B正确.‎ ‎3.A　三导线内的电流大小相同,与O点间的距离也相同,则三导线在O点产生磁场的磁感应强度大小相等,设为B1,根据安培定则和平行四边形定则,B、C两导线在O点产生的合磁场的磁感应强度大小为B1,方向垂直于AO向左,A导线在O点产生磁场的磁感应强度大小也为B1,方向也垂直于AO向左,则三导线在O点产生的合磁场的磁感应强度大小为2B1,加上大小为B0的匀强磁场后,O点的磁感应强度大小为零,则2B1=B0,解得B1=B‎0‎‎2‎,B、C两导线在O点产生的合磁场的磁感应强度大小为B‎0‎‎2‎,方向垂直于AO向左,故A项正确.‎ ‎4.D由于小磁针位于竖直支架上,只能在水平面内偏转,故地磁场的竖直分量对电流计测量结果无影响,选项A错误.环形电流产生的磁场B电与地磁场的水平分量B地水平叠加,会使小磁针在水平面内偏转一定的角度θ,分析可知,地磁场的水平分量方向与通电流前小磁针N极的指向相同,恒定电流产生的磁场方向垂直于通电流前小磁针的方向,俯视图如图所示,故有tan θ=B电B地水平∝I,由于地球上不同位置处B地水平不同,故在不同位置使用时所标刻度不同,选项B错误.由于tanβtanα=kII=k,故tan β=ktan α,选项C错误,D正确.‎ ‎【模型分析】　解决本题的关键是构建物理模型.‎ - 4 -‎ 想要得到小磁针偏转角的关系式,首先要清楚小磁针是如何偏转的.在环形导线通电流前,小磁针处于静止状态且环形导线与小磁针共面.分析可知,地磁场的水平分量与环形导线未通电流时小磁针的方向相同,环形导线通电产生的磁场与环形导线未通电时小磁针的方向垂直,如解析图所示,可得出小磁针偏转角的关系式tan θ=B电B地水平.‎ ‎5.D　从t=0时刻起,金属棒通以电流I=kt,由左手定则可知,金属棒所受安培力方向垂直纸面向里,使其紧压导轨,导致金属棒在运动过程中,所受到的摩擦力增大,所以加速度在减小,金属棒做加速度减小的加速运动.当滑动摩擦力等于重力时,加速度为零,此时速度达到最大.此后安培力继续增大,加速度方向竖直向上,则加速度与速度方向相反,做加速度增大的减速运动.v-t图象的斜率绝对值表示加速度的大小,A、B两项错误.对金属棒MN,由牛顿第二定律得mg-μFN=ma,而FN=BIL=BktL,即mg-μBktL=ma,因此a=g-μkBLmt,显然加速度a与时间t呈线性关系,C项错误,D项正确.‎ ‎6.BD　垂直于通电直导线的一个平面内的磁感线是一系列的同心圆,不能找到磁感应强度相同的两点,A错误;通电长直螺线管内部的磁场可视为匀强磁场,可以找到磁感应强度相同的两点,B正确;由安培定则可知,两根平行长直导线通以大小相等、方向相反的电流,在两导线之间的一条垂线段上可以找到磁感应强度相同的两点,D正确;同理可知,C错误.‎ ‎7.D　U形磁铁产生的不是匀强磁场,故导体棒所在处的磁感应强度不会处处相等,A错误;分析可知导体棒所受重力大小与方向确定,所受丝线的拉力方向确定,所受安培力的方向不确定,结合力的矢量三角形知识可得导体棒所受的丝线拉力与安培力大小不能确定,B、C错误;导体棒受到重力、安培力与拉力作用,由共点力平衡的特点可知,导体棒受到的安培力与拉力的合力一定与导体棒的重力大小相等,方向相反,D正确.‎ - 4 -‎