【高考突破方案】第九章 第1讲 磁场的描述 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

第九章 磁场
第1讲 磁场的描述
1.如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图.若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是(　　)
A.电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B.螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C.螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D.磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
【解析】 B　通电螺线管是由通电线圏组成的，磁场和条形磁体的磁场分布相似，首尾相连，螺线管越长，内部磁感线分布越均匀，磁场越接近匀强磁场，所以选项B正确.
　2.如图所示，导体棒Ⅰ固定在光滑的水平面内，导体棒Ⅱ垂直于导体棒Ⅰ放置，且可以在水平面内自由移动(图为俯视图).给导体棒Ⅰ、Ⅱ通以如图所示的恒定电流，仅在两导体棒之间的相互作用下，较短时间后导体棒Ⅱ出现在虚线位置.下列关于导体棒Ⅱ位置的描述可能正确的是(　　)　
　A B
C D
【解析】 B　由右手螺旋定则可知，导线Ⅰ在导线Ⅱ处产生的磁场方向垂直纸面向外，且离导线越远，磁场越弱，由左手定则可知，导线Ⅱ所受的安培力竖直向下，且导线Ⅱ的左边的安培力大于右边受到的安培力，所以导线Ⅱ左边向下转动，右边向上转动，故B正确.故选B.
　3.如图，力传感器固定在天花板上，边长为L的正方形匀质导线框abcd用不可伸长的轻质绝缘细线悬挂于力传感器的测力端，导线框与磁感应强度方向垂直，线框的bcd部分处于匀强磁场中，b、d两点位于匀强磁场的水平边界线上.若在导线框中通以大小为I、方向如图所示的恒定电流，导线框处于静止状态时，力传感器的示数为F1.只改变电流方向，其他条件不变，力传感器的示数为F2，该匀强磁场的磁感应强度大小为(　　)
A. B.
C. D.　　
【解析】 C　线框在磁场中受到安培力的等效长度为bd＝L，当电流方向为图示方向时，由左手定则可知导线框受到的安培力竖直向上，大小为F＝BIL，因此对导线框受力平衡可得：F1＋F＝mg；当导线框中的电流反向，则安培力方向竖直向下，此时有mg＋F＝F2，联立可得B＝，故选项C正确.
　4.奥斯特最早发现，通电导线周围存在着磁场.研究表明，圆弧导线中的电流产生磁场的磁感应强度与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零.如图所示，a、b两点在圆心，两导线中的电流强度相等，导线中箭头为电流方向，R和r分别为半径，则(　　)
A.a点的磁感应强度Ba小于b点的磁感应强度Bb
B.b处磁感应强度的方向为垂直纸面向外
C.将一个带电量为q的电荷分别轻放在a、b两点，放在a点受到的洛伦兹力更大
D.b处的磁感应强度为：Bb＝＋，k值与电流强度无关
【解析】 A　圆弧导线中的电流产生磁场的磁感应强度与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，则a、b两处的磁场是由两段圆弧形电流产生的，由安培定则可知，a中大圆弧和小圆弧在a点的磁场方向相反，且小圆弧产生的磁场强，所以a点的磁场方向垂直纸面向外，b中大圆弧和小圆弧在b点的磁场方向相同，垂直纸面向里，所以b点的磁场大于a点的磁场，故A正确，B错误；静止电荷在磁场中不受洛伦兹力的作用，故C错误；b处的磁感应强度为Bb＝＋，k值与电流强度有关，电流强度越大，k越大，故D错误.
　5.(多选)永磁体之间的相互作用与电荷之间的相互作用相似，人们将电荷的相关概念引入磁现象的研究之中.认为磁棒的两极存在两种磁荷，N极带正磁荷，S极带负磁荷.“磁荷”观点认为磁荷可以激发磁场，描述磁场的基本物理量定义为磁场强度H.类比电场强度的定义方法，用正磁荷在磁场中受到的磁场力F和其磁荷Q的比值表示磁场强度H，方向与该处正磁荷受力方向一致.用如图装置可以测量通电线圈产生的磁场和“磁荷”间的作用力.假设图中N极的磁荷QN，线圈不通电时，测力计示数为F0.(　　)　　
A.当线圈中通顺时针方向(俯视)电流时，测力计示数小于F0
B.磁铁N极所处位置的磁场强度大小HN＝
C.通电后测力计示数改变量为F，则磁铁N极所处位置的磁场强度大小HN＝
D.如果将一根较短磁铁挂在测力计上，并使磁铁完全放入线圈中，则通电后测力计的示数不变
【解析】 CD　当线圈中通顺时针(俯视)电流时，根据安培定则可以判断磁铁N极所处位置的磁场方向为竖直向下.由题意可知磁铁所受磁场力竖直向下，所以测力计示数将大于F0，故A错误；F0是磁铁所受重力，并不是N极正磁荷所受的磁场力，故B错误；通电后测力计示数改变量即为磁铁N极所受的磁场力大小，由题意可知磁铁N极所处位置的磁场强度大小为HN＝，故C正确；如果将一根较短磁铁挂在测力计上，并使磁铁完全放入线圈中，则通电后磁铁上正、负磁荷所受磁场力大小相等、方向相反，磁铁所受合磁场力为零，测力计的示数不变，故D正确.
　6.(多选)将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池的正极上(线框上端的弯折位置与正极良好接触)，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会发生转动，从而制成了一个“简易电动机”，如图乙所示.关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是(　　)
A.如果导线框下面的两端P、Q有一端与磁铁表面不接触，线框也会发生转动
B.如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，线框转动的方向也应该改变
C.电池的输出功率一定大于线圈转动的机械功率
D.线框由静止开始转动的过程中，通过线框中的电流大小始终不变
【解析】 ABC　
假设磁铁下端为N极，上端为S极，则线框周围的磁感线向上，一定会有垂直导线向上的分量，由于线框的下端靠近磁极，所以受力起主要作用，根据电池正负极画出电流的方向如图，根据左手定则判断安培力的方向如图，说明线框从上向下看，逆时针转动；线框中有电流，就能够转动，所以导线框下面两端P、Q有一端与磁铁表面不接触，线框中也有电流，能够转动；改变磁场的方向，根据上述原理可知线框转动的方向改变，故A、B正确；电池的输出功率一部分转化为线圈转动的机械功率，一部分用于电阻产生热量，故C正确；线框从静止开始旋转，导线框切割磁感线会产生反电动势，电流会减小，故D错误.　
7.(多选)如图，在纸面内坐标系xOy的第一、二象限内存在磁感应强度大小为B0，方向垂直纸面向里的匀强磁场.x轴和y轴上有两条足够长且相互垂直的绝缘直导线L1和L2，二者的交点在坐标系xOy的原点O.导线L1上通有大小为I，方向沿x轴负方向的恒定电流，导线L2上通有大小为2I，方向沿y轴正方向的恒定电流.若无限长通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度大小为B＝k(k为比例系数，r为该点到导线的距离，I为导线的电流强度)，已知导线L1在N点产生的磁感应强度大小为B0，下列说法正确的有(　　)
A.导线L1上的电流在M点处产生的磁感应强度大小为B0
B.导线L2上的电流在N点处产生的磁感应强度大小为B0
C.N点处的合磁感应强度大小为B0
D.M点处的合磁感应强度大小为B0
【解析】 CD　无限长通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度大小为B＝k，已知导线L1在N点产生的磁感应强度大小为B0，则导线L1上的电流在M点处产生的磁感应强度大小为B0，故A错误；已知导线L1在N点产生的磁感应强度大小为B0，则B0＝k，导线L2上的电流在N点处产生的磁感应强度大小为B＝k＝B0，故B错误；根据题意可知，两导线在N点磁场均向里，N点处的合磁感应强度大小为BN＝B0＋B0＋B0＝B0，故C正确；导线L2上的电流在M点处产生的磁感应强度大小为B′＝k＝B0，根据题意，L1上的电流在M点处磁场向里，L2上的电流在M点处磁场向外，则BM＝－B0＋B0＋B0＝B0，故D正确.
　8.如图所示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ，间距为d.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直.质量为m的金属棒被固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流.金属棒被松开后，在外力作用下以加速度a沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为g.求下滑到底端的过程中，
(1)金属棒末速度的大小v；
(2)通过金属棒的电流大小I；
(3)通过金属棒的电荷量Q.
【解析】 (1)金属棒做匀加速直线运动，根据运动学公式有v2＝2as，解得v＝.
(2)金属棒所受安培力F安＝IdB，
金属棒所受合力F＝mgsin θ－F安，
根据牛顿第二定律有F＝ma，
解得I＝.
(3)金属棒的运动时间t＝，通过的电荷量Q＝It，
解得Q＝.