8.1磁场的描述 磁场对电流的作用.docx

第八章，磁场8.1 磁场的描述磁场对电流的作用1 .关于磁感应强度8,下列说法中正确的是（）A.磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B.磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C.在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D.在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大解析：磁感应强度是磁场本身的属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由B=器计算，与试探电流元的、/、L的情况无关，A错.磁感应强度的方向规定为小磁针N极受磁场力的方向，与放在该处电流元受力方向垂直，B错.当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽电流元受磁场力为零，但磁感应强度却不为零，C错.磁感线的疏密是根据磁场的强弱画出的.磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，磁感线越稀疏的地方，磁感应强度越小，故D正确.答案：D2 .如图所示，两根平行的通电直导线通过等腰直角三角形两个顶点，两根导线通入大小相等、方向垂直纸面向里的电流，每根导线在直角顶点处产生的磁感应强度的大小均为B.则直角顶点处实际的磁感应强度的大小和方向为（）HS>A.2B,沿），轴正方向B.2B,沿），轴负方向C.2B,与X轴正方向同向D.2B,与X轴正方向反向解析：分析题意得，因为磁场的磁感应强度是一个矢量，根据安培定则得到两通电导线在直角顶点处的磁感应强度大小相等，所以合磁感应强度的大小为也8,方向沿水平方向向右，即沿X轴的正方向，选项C正确.答案：C3 .磁体之间的相互作用是通过磁场发生的.对磁场认识正确的是（）A.磁感线有可能出现相交的情况B.磁感线总是由N极出发指向S极C.某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致D.若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零解析：磁感线是用来形象描述磁场强弱及方向的.其切线方向为该点的磁场方向.磁感线相交，表明在此处有两个方向，这不可能.磁感线是闭合曲线，因此要注意在磁铁外部才是由N极指向S极.磁场的方向我们规定为小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向，故C对；通电导线与磁场平行时，不受力，因此不能根据导线不受力就确定该处磁感强度为零.可见A、B、D均错.答案：C4 .如图所示，有两个同心放置且共面的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直，比较通过两环的磁通量仇、b,贝"）.>hB.a<bC.tl=hD.不能确定解析：由于磁感线是闭合曲线，在磁体内部是由S极指向N极，在磁体外部是由N极指向S极，且在磁体外部的磁感线分布在磁体的周围较大的空间.又由于穿过圆环。、b的磁通量均为3=勿内一切外，因此线圈面积越大，磁感线抵消得越多，合磁通量越小，故b环的磁通量较小，A项正确.答案：A5 .为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流/引起的.在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（）A.B.C.D.解析：本题考查的是电流的磁效应问题，意在考查学生应用物理知识解决实际问题的能力.由日常知识可知，地球的南极为磁场的N极，由右手螺旋定则可知，电流方向如图B,故选项B正确.答案：B6 .如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为IT的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心、为半径的圆周上有。、b、c、d四个点.已知。点的实际磁感应强度为0,则下列叙述正确的是（）A.直导线中的电流方向垂直纸面向里B力点的实际磁感应强度为、/5T,方向斜向上，与8的夹角为45。C.c点的实际磁感应强度也为0Dd点的实际磁感应强度与b点相同解析：。点的实际磁感应强度为0,是直线电流在处的磁感应强度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0,所以直线电流在处的及=IT,方向向左，由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里，由于圆周上各点到直导线的距离相同，所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T,但方向不同，在匕处向上，在C处向右，在d处向下.氏c、d三处的实际磁感应强度分别为、”T,方向斜向右上方与B成45。夹角；2T,方向向右；2T,方向斜向右下方与8成45。夹角，选项A、B正确.答案：AB7 .如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流.以0、在M、N的连线上，。为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且。、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是（）®"oi®M,NA.0点处的磁感应强度为零B&、人两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D.a、C两点处磁感应强度的方向不同解析：由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，选项A错；由安培定则，两导线在。、b两处产生磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在4处产生磁场的磁感应强度等于电流N在力处产生磁场的磁感应强度，同时电流“在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在。处产生磁场的磁感应强度，所以。、力两处磁感应强度大小相等方向相同，选项B错；根据安培定则，两导线在c、d两处产生磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应大小相等，方向相同，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项C正确；。、C两处磁感应强度的方向均竖直向下，选项D错.答案：C8 .两根导电的长直导线平行放置，电流分别为人和N电流的方向如图所示，在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面连线的延长线上，c、d在导线横截面连线的垂直平分线上.则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是（）cA2,领.广A.4点B.b点Cc点Dd点解析：由安培定则及平行四边形定则可知，4、/2在C、d两点的磁感应强度方向有一夹角，则合磁感应强度一定不为零/、/2在。、b两点的磁感应强度方向相反，则合磁感应强度可能为零.故选A、B.答案：AB9 .如图所示，带负电的金属环绕轴。，以角速度/匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（）A.N极竖直向上B.N极竖直向下CN极沿轴线向左D.N极沿轴线向右解析：负电荷匀速转动，会产生与旋转方向反向的环形电流，由安培定则知，在磁针处磁场的方向沿。轴向左.由于磁针N极指向为磁场方向，所以应选C.答案：C10 .当放在同一平面内的长直导线MN和金属框通以如图所示的电流时，MN固定不动，金属框的运动情况是（）A.金属框将靠近MNB.金属框将远离MNC.金属框将以底为轴转动D.金属框将以为轴转动解析：上下两个边受到的磁场力的合力为零，左右两条边中，左边受到的力是引力，右边受到的力是斥力，但是越靠近导线，磁感应强度越大，所以左边受到的力大于右边受到的力.答案：A11 .如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，则（）777A.磁铁对桌面压力减小,B.磁铁对桌面压力减小, C.磁铁对桌面压力增加, D.磁铁对桌面压力增加,不受桌面的摩擦力作用受到桌面的摩擦力作用 不受桌面的摩擦力作用 受到桌面的摩擦力作用解析：通电后，压力FN和摩擦力/如何变化取决于磁铁所受的电流磁场的磁场力的方向，由于磁铁的N极和S极都受到磁场力的作用，判断起来比较复杂.为此，我们可以变换研究对象，先研究通电导线受到的磁场力的方向，再根据牛顿第三定律判断磁铁受到的磁场力的方向.磁铁的磁场中通过导线的磁感线如图所示，由左手定则可知，导线受的安培力方向是竖直向上的，故磁铁受的磁场力方向竖直向下，因此压力产N增大；又因为导线在水平方向上不受力，也就是说磁铁在水平方向上也不受力的作用，即摩擦力尸=0.口、sfNTmTnTmTnT答案：C12 .质量为m的通电细杆必置于倾角为。的平行导轨上，导轨宽度为d,杆功与导轨间的动摩擦因数为"，有电流时加恰好在导轨上静止，如图所示.图是沿b-4方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（）答案：AB13 .如图所示，H是水平面上一个圆的直径，在过"的竖直面内有一根通电导线打且歹平行于",当4竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量将（）A.逐渐变大B.逐渐变小C.始终为零D.不为零，但始终保持不变解析：穿过线圈的磁通量是由于通电导线造成的，但是通电导线处于圆的正上方，所以穿过线圈的磁通量总为零，而通电导线竖直方向的移动也不会影响其总磁通量的变化.答案：C14 .电磁轨道炮工作原理如图所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触.电流/从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与，成正比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是（）A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流/增加至原来的2倍C.只将弹体质量减至原来的一半D.将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变解析：本题考查的是安培力和动能定理的知识，意在考查学生应用物理知识解决实际问题的能力.由题意可知磁感应强度B=kh安培力F=Bld=kf2d,由动能定理可得：FL=写,解得由此式可判断B、D选项正确.答案：BD15 .如图所示，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，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（）A.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，O角变大D.磁感应强度变大，。角变小解析：金属棒MN受力分析及其侧视图如图所示，由平衡条件可知尸安=mgum,而产安=BL,即8=mgtan仇则八=。3mT=6>J,B=><9,故A正确，C、D错误.6角与悬线长度无关，B错误.B答案：A16 .如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线处于同一竖直平面内,为使MN垂直于纸面向外运动，可以（）A.将a、C端接电源正极，b、d端接电源负极B.将力、d端接电源正极，a、C端接电源负极C.将a、d端接电源正极，b、C端接电源负极D.将。端接电源的正极，力接c,d端接电源的负极解析：a、C端接电源正极，b、d端接电源负极时，电流从MTM所在处磁场向上，则MN向外运动，A选项正确.、d端接正极时，MN中电流从N磁场方向向下，受力向外，B选项正确，C选项错误a端接正极，b与C短接，d端接负极时，等同于A选项，所以D选项也正确.答案：ABD17 .如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线、8和c,各导线中的电流大小相同，其中a、C导线中的电流方向垂直纸面向外，力导线中的电流方向垂直纸面向内.每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是（）A.导线4所受合力方向水平向右B.导线c所受合力方向水平向右C.导线C所受合力方向水平向左D.导线b所受合力方向水平向左解析：首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向，要注意是合磁场的方向，然后用左手定则判定导线的受力方向，可以确定B是正确的.答案：B18 .如图所示，导线M固定，导线Cd与时垂直且与曲相隔一段距离，Cd可以自由移动，试分析Cd的运动情况.解析：首先分析固定导线"的磁感线的分布情况，如图所示（用安培定则），然后再用左手定则分析Cd导线在磁场中的受力方向，可以发现Cd导线将顺时针方向转动.仔细留意一下就会发现，当加一转动，两者的电流就有同向的成分，而同向电流相互吸引，可见”导线在顺时针转动的同时还要向"导线平移.答案：顺时针转动的同时向ab导线平移19 .质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为/,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成夕角斜向下，如图所示，求棒MN受到的支持力和摩擦力.解析：由左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，即垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，棒MN受力分析如图所示.由平衡条件有水平方向Fl=Fsin9,竖直方向FN=FCOSe+mg,且F=BIL,从而得Ft=BILsinfFn=B/LCoSe+mg.答案：BILcos3-hmgBILSin620 .如图所示，边长为IooCm的正方形闭合线圈置于匀强磁场中，线圈必、Cd两边中点连线O。，的左右两侧分别存在方向相同、磁感应强度大小各为所=0.6T,82=040T的匀强磁场，若从上往下看，线圈逆时针方向转过37。时，穿过线圈的磁通量改变了多少？线圈从初始位置转过180。时，穿过线圈平面的磁通量改变了多少？解析：在原图位置，磁感线与线圈平面垂直.SS11=B×÷B×2=(0.6×+0.4×)Wb=0.5Wb线圈绕Oo轴逆时针转过37。后，SS112=×2Cs37o+B2×5cos37o=(0.6××0.8÷0.4×2×0.8)Wb=0.4Wb=2-=(0.4-0.5)Wb=-0.1Wb.线圈绕OO轴逆时针转过180。时，规定穿过原线圈平面的磁通量为正，转过180。后，穿过线圈平面的磁通量为负.SSi=×2Bz×2=-0.5Wb,=3-=(-0.5-0.5)Wb=-LOWb.答案：一0.1Wb-LOWb21 .如图所示为一电流表的原理示意图.质量为加的均质细金属棒MN的中点外通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，绝缘弹簧劲度系数为L在矩形区域他内有匀强磁场，磁感应强型卜为B,方向垂直纸面向外.与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于防.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的Cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度.(1)当电流表示数为零时，弹簧伸长多少？(重力加速度为g)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？(3)若女=2.0Nm,ab=0.20m,cb=0.050m,=0.20T,此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)若将量程扩大到原来的2倍，磁感应强度应变为多大？解析：(1)设当电流表示数为零时，弹簧的伸长量为x,则有mg=心T由式得：x=等.K(2)为使电流表正常工作，作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下，因此M端应接正极.(3)设电流表满偏时通过MN间电流强度为/m,则有BImab+mg=©cb÷x)联立并代入数据得m=Z5A.(4)设量程扩大后，磁感应强度变为方，则有27mab+mg=k(cb÷x).由式得：kCbB'=2/mab代入数据得：-0.10T.答案：(1)管(2)M端(3)2.5A(4)0.10T22 .质量为加=0.02kg的通电细杆外置于倾角为。二37。的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2m,杆加与导轨间的动摩擦因数4=04磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示.现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆必静止不动，通过他杆的电流范围为多少Q取IOm/S?)解析：杆必中的电流从。到b,所受的安培力方向平行于导轨向上.当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值Q,此时通过外的电流最大为/max；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为22,电流为min.正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解.根据图3)受力图列式如下：Fl%gsinJ-Ffi=O,FN-"ZgcosJ=0,FfI="n，FI=BInaxd.解上述方程得lax=0.46A.Htg(a)mg(b)根据S)受力图列式如下：户2+%mgsinO=O,Ffi-fngcos=0,Ff2=MFN»Fz=BImind.解上述方程得min=0.14A.故通过Cib杆的电流范围是0.14A<<0.46A.答案：0.14A0.46A23 .如图所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距L=Im.PM间接有一个电动势为E=6V、内阻r=lC的电源和一只滑动变阻器.导体棒必跨放在导轨上，棒的质量加=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量M=O.3kg.棒与导轨的动摩擦因数为"=0.5,匀强磁场的磁感应强度8=2T,方向竖直向下.求为使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值为多大.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计.（g取IOm/S?）解析：导体棒受到的最大静摩擦力为Ff="尸N=，g=O.5xO.2xlON=1N.绳对导体棒的拉力尸拉=Mg=O.3x10N=3N.导体棒将要向左滑动时BAnaxL=Ff+尸拉，ma=2A.F6V6V由闭合电路欧姆定律得/max=、上=R工77?故Rmin=2C.AminIAmin11"max十1导体棒将要向右滑动时Ff+BZminL=FZmin=IA.E6V6V由闭合电路欧姆定律得/*=方士L=表77C或A1c，KmaX十rKmaX十MnaX十1'Z故RmaX=5.滑动变阻器连入电路的阻值为2<R<5.答案：2<R<5