第三章 磁场及其对电流的作用 突破训练 Word版含答案

磁场及其对电流的作用
1.如图所示，垂直纸面放置的两根平行长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2，纸面内的一点H到两根导线的距离相等，则该点的磁感应强度方向可能为图中的(　　)
A．B1　　　　　　　　　 B．B2
C．B3 D．B4
解析：选C　根据安培定则及电流的相对大小可得，两电流在H点的磁场方向如图所示，根据平行四边形定则可判定，H点的合磁感应强度方向可能为B3方向，C正确。
2.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。选项图所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是(　　)
解析：选A　由F＝nBIL可知，磁场发生微小变化时，选项图中载流线圈在磁场中的有效长度越长，载流线圈所受的安培力变化越大，天平越容易失去平衡，由题图可知，选项A符合题意。
3.如图所示，两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为B(未画出)，导轨宽度为L，一端与电源连接。一质量为m的金属棒ab垂直于平行导轨放置并接触良好，金属棒ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝。在安培力的作用下，金属棒ab以速度v0向右匀速运动，通过改变磁感应强度的方向，可使流过金属棒ab的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为(　　)
A．37° B．30°
C．45° D．60°
解析：选B　由题意对金属棒ab受力分析，如图所示，设磁感应强度的方向与竖直方向成θ角，则有BILcos θ＝f＝μFN＝μ(mg－BILsin θ)，整理得BIL＝，安培力最小时，电流最小，由数学知识解得θ＝30°，B正确。
4.如图所示，两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中，匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒PQ放在导轨上，使其水平且始终与导轨保持良好接触。t＝0时刻在金属棒PQ中通以变化的电流I，同时释放金属棒PQ使其运动，已知电流I随时间t变化的关系式为I＝kt(k为常数，k>0)，金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数一定。以竖直向下为正方向，则选项图中表示金属棒PQ的速度v、加速度a随时间t变化的关系可能正确的是(　　)
解析：选B　根据牛顿第二定律得，金属棒PQ的加速度a＝，f＝μN＝μFA＝μBIL＝μBLkt，联立解得加速度a＝g－，与时间成线性关系，故C错误；t＝0时刻电流为零，无安培力，只有重力，加速度竖直向下，为正值，故D错误；由上述分析知，开始时金属棒PQ加速度方向向下，与速度方向相同，所以金属棒PQ做加速运动，加速度逐渐减小，即做加速度逐渐减小的变加速运动，然后加速度方向向上，加速度逐渐增大，做加速度逐渐增大的变减速运动，故A错误，B正确。
5．(多选)(2018·全国卷Ⅱ)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外。则(　　)
A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
解析：选AC　外磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知在b点：B0＝B0－B1＋B2，在a点：B0＝B0－B1－B2，由上述两式解得B1＝B0，B2＝B0，故A、C正确。
6．(多选)如图所示，在竖直向上的匀强磁场中，水平放置着一根通电直导线，电流方向指向读者，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中(　　)
A．a、b两点磁感应强度相同
B．a点磁感应强度最大
C．c、d两点磁感应强度大小相等
D．b点磁感应强度最大
解析：选CD　根据安培定则，直导线电流的磁感应强度如图所示。
根据平行四边形定则，a、b、c、d各个点的磁感应强度情况如图所示。
显然，c点与d点合磁感应强度大小相等；a点磁感应强度为两磁感应强度之差的绝对值，最小；b点磁感应强度等于两个磁感应强度的代数和，最大，故C、D正确。
7.(多选)有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图。在如图所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两导线连线的中垂线上两点，与O点的距离相等，aM与MN的夹角为θ。若两导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流I，单根导线中的电流在M处产生的磁感应强度大小为B0，则关于线段MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是(　　)
A．M点和N点的磁感应强度方向一定相同
B．M点和N点的磁感应强度大小均为2B0cos θ
C．M点和N点的磁感应强度大小均为2B0sin θ
D．在线段MN上有磁感应强度为零的点
解析：选AC　作出两根导线在M、N两处产生的磁感应强度的图示如图所示，并根据平行四边形定则求出合磁感应强度，M、N两处磁感应强度相同，大小为B＝2B0sin θ，选项A、C正确，B错误；由图可知，线段MN上各点磁感应强度方向均水平向右且不为零，选项D错误。
8.(多选)质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示。选项中的四个侧视图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是(　　)
解析：选AB　选项A中，ab可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图1所示，所以ab与导轨间的摩擦力可能为零。选项B中，ab可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图2所示，所以ab与导轨间的摩擦力可能为零。选项C和D中，ab受重力、安培力、导轨弹力作用均具有下滑趋势，故一定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图3、4所示，所以ab与导轨间的摩擦力一定不为零。综上所述，A、B正确。
9.(2019·武汉模拟)如图所示，水平导轨间距为L＝0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，连入导轨间的电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面的夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，轻绳对ab的拉力为水平方向，重力加速度g＝10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求：
(1)通过ab的电流大小和方向；
(2)ab受到的安培力大小；
(3)重物重力G的取值范围。
解析：(1)通过ab的电流大小为I＝＝2 A
方向为a到b。
(2)ab受到的安培力为F＝BIL＝5 N。
(3)对ab受力分析如图所示，
最大静摩擦力fm＝μFN＝μ(mg－Fcos α)＝3.5 N
当最大静摩擦力方向向右时
FT＝Fsin α－fm＝0.5 N
当最大静摩擦力方向向左时
FT＝Fsin α＋fm＝7.5 N
又FT＝G
所以0.5 N≤G≤7.5 N。
答案：(1)2 A　电流方向为a到b　(2)5 N　(3)0.5 N≤G≤7.5 N