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课时跟踪检测（二十八） 磁场的描述 磁场对电流的作用
[A级——基础小题练熟练快]
1.(2019·安徽江南十校联考)中国宋代科学家沈括在公元1086年写的《梦溪笔谈》中最早记载了“方家(术士)以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也”。进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布如图所示,结合上述材料,下列说法正确的是( )
A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极
B.对垂直射向地球表面宇宙射线中的高能带电粒子,在南、北极所受阻挡作用最弱,赤道附近最强
C.形成地磁场的原因可能是带正电的地球自转引起的
D.由于地磁场的影响,在奥斯特发现电流磁效应的实验中,通电导线应相对水平地面竖直放置
【试题解析】：选B 地球内部存在磁场,地磁南极在地理北极附近,所以在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫南极,指北的磁极叫北极,选项A错误；在地球的南北极地磁场的方向几乎与地面垂直,对垂直射向地球表面宇宙射线中的高能带电粒子,在南、北极所受阻挡作用最弱,赤道附近的磁场方向与地面平行,则高能粒子所受的磁场力最大,选项B正确；地球自转方向自西向东,地球的南极是地磁场的北极,由安培定则判断可能地球是带负电的,选项C错误；在奥斯特发现电流磁效应的实验中,若通电导线相对水平地面竖直放置,地磁场方向与导线电流的方向垂直,则根据安培定则可知,地磁场对实验的影响较大,故在进行奥斯特实验时,通电导线南北放置时实验现象最明显,选项D错误。
2.(2020·宁波模拟)超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船,如图是电磁船的简化原理图,AB和CD是与电源相连的导体板,AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场(磁场由固定在船上的超导线圈产生,其独立电路部分未画出),以下说法正确的是( )
A.使船前进的力,是磁场对海水中电流的安培力 B.要使船前进,海水中的电流方向从CD板指向AB板
C.同时改变磁场的方向和电源正负极,推进力方向将与原方向相反
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D.若接入电路的海水电阻为R,其两端的电压为U,则船在海水中前进时,AB与CD间海U
水中的电流强度小于
R
【试题解析】：选D 根据题述,AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场,海水中该部分为导体,与导体板和电源构成回路,海水通电后受到安培力作用,磁场对海水有向后的作用力,根据牛顿第三定律,海水对磁场(实质是海水对超导电磁船)有向前的作用力,该力是使船前进的力,选项A错误；根据左手定则,要使船前进,海水中的电流方向从AB板指向CD板,选项B错误；同时改变磁场的方向和电源正负极,推进力方向将与原方向相同,选项C错误；若接入电路的海水电阻为R,其两端的电压为U,则船在海水中前进时,由于可视为导线的海水切割磁感线要产生与电流方向相反的感应电动势,所以AB与CD间海U
水中的电流强度小于R,选项D正确。
3.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反。下列说法正确的是( )
A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直
C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3 D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1
【试题解析】：选BC 由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上,L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图1所示,根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2和L3所在平面平行,选项A错误；同理,如图2所示,可判断出L3所受磁场(B
合3)作用力的方向(竖直向上)与
L1、L2所在平面垂直,选项B正确；同理,如图3
所示,设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据几何知识可知,B合1＝B,B合2＝B,B合3＝3B,由安培力公式F＝BIL可知L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3,选项C正确,D错误。
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4.(2019·浙江选考)电流天平是一种测量磁场力的装置,如图所示。两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零。下列说法正确的是( )
A.当天平示数为负时,两线圈电流方向相同 B.当天平示数为正时,两线圈电流方向相同
C.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力
D.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
解析；选A 当两线圈电流相同时,表现为相互吸引,电流方向相反时,表现为相互排斥,故当天平示数为正时,两者相互排斥,电流方向相反,当天平示数为负时,两者相互吸引,电流方向相同,A正确,B错误；线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力是一对相互作用力,等大反向,C错误；静止时,线圈Ⅱ平衡,线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对平衡力,D错误。
5.(多选)(2019·浙江绍兴模拟)如图所示是“巴罗轮”的示意图,下边缘浸入水银槽中的铝盘置于蹄形磁铁的磁场中,可绕转轴转动,当转轴、水银槽分别与电源的正负极相连时,铝盘开始转动,下列说法中正确的是( )
A.铝盘绕顺时针方向转动
B.只改变磁场方向,铝盘的转动方向改变 C.只改变电流方向,铝盘的转动方向改变
D.同时改变磁场方向与电流方向,铝盘的转动方向不变
【试题解析】：选BCD 铝盘、水银与电源构成一个闭合回路,铝盘中有电流,由左手定则可知：铝盘受到的安培力与盘的半径垂直,且沿逆时针方向,则铝盘沿逆时针方向转动,故A
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不正确； 只改变磁场的方向,由左手定则可知,铝盘受到的安培力方向将与开始时相反,所以铝盘的转动方向改变,故B正确； 电流方向反向,由左手定则可知,安培力方向反向,铝盘的转动方向反向,故C正确； 由左手定则可知,将电流及磁场方向同时改变,铝盘受力方向不变,铝盘的转动方向不变,故D正确。
6.(多选)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形,在导线中通过的电流均为I,方向如题图所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上,且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3,下列说法正确的是( )
A.B1＝B2 C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外,c处磁场方向垂直于纸面向里 D.a处磁场方向垂直于纸面向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里 【试题解析】：选AC 由安培定则、磁场叠加原理和对称性可知,靠近a、b两点的电流在a、b两点产生的磁场相互抵消,a、b两点的磁场是对面导线中的电流产生的,a、b两点的磁感应强度相等,即B1＝B2。而c点的磁场则是由这三根导线中电流产生的,这三根导线中电流在c点产生的磁场方向相同,所以B1＝B2 7.(2019·广州一模) 如图,“L”型导线abc固定并垂直放置在磁感应强度为B3 的匀强磁场中,ab⊥bc,ab长为l,bc长为l,导线通入恒定电流I,设导线受到的安培 4力大小为F,方向与bc夹角为θ,则( ) 74 A.F＝BIl,tan θ＝ 4354C.F＝BIl,tan θ＝ 43 73 B.F＝BIl,tan θ＝ 4453D.F＝BIl,tan θ＝ 44 【试题解析】：选D 通电导线在匀强磁场中受到的安培力,其有效长度为ac连线的长度,L＝ 3l?255 l2＋?＝l,根据安培力公式F＝BIL＝BIl,根据左手定则,安培力的方向垂直于?4?44 3 ac连线,方向与bc夹角θ的正切值tan θ＝,选项D正确。 4 [B级——增分题目练通抓牢] 8.(2019·河南六市联考)如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距L＝ 1 第 5 页 共 7 页 m。P、M间接有一个电动势为E＝6 V、内阻不计的电源和一只滑动变阻器,导体棒ab跨放在导轨上并与导轨接触良好,棒的质量为m＝0.2 kg,棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连,物体的质量M＝0.4 kg。棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5(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10 m/s2),匀强磁场的磁感应强度B＝2 T,方向竖直向下,为了使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是( ) A.2 Ω C.3 Ω B.2.5 Ω D.4 Ω 【试题解析】：选A 对棒受力分析可知,其必受绳的拉力FT＝Mg和安培力F安＝BILBELBEL＝R。若摩擦力向左,且满足＋μmg＝Mg,代入数据解得R1＝4 Ω；若摩擦力向右,且满 R1BEL足－μmg＝Mg,代入数据解得R2＝2.4 Ω,所以R的取值范围为2.4 Ω≤R≤4 Ω,则选A。 R2 9.(2019·河北衡水六调)一通电直导线与x轴平行放置,匀强磁场的方向与xOy坐标平面3 平行,导线受到的安培力为F。若将该导线做成圆环,放置在xOy坐标平面内,如图所示,并保 4持通电的电流不变,两端点ab连线也与x轴平行,则圆环受到的安培力大小为( ) A.F 22C.F 3π B.2F 3π 32πD.F 3 【试题解析】：选C 根据安培力公式,安培力F与导线长度L成正比；若将该导线做成2L322L33 圆环,由L＝×2πR,解得圆环的半径R＝,圆环ab两点之间的距离L′＝2R＝。443π43π22由F/L＝F′/L′解得：F′＝F,选项C正确。 3π 10.(多选)(2020·宿州模拟)如图,ab、cd是两根长度均为L＝4.0 m,质量分别为m1＝0.6 kg和m2＝0.2 kg的金属棒,两根等长的细金属杆将两节干电池与两个金属棒串联成闭合回路,整个回路用绝缘细线悬挂在天花板上,保证金属棒水平。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B＝1.0 T,电
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