高考物理联考模拟汇编专题二十八磁场的描述磁吃电流的作用含解析

磁场的描述  磁场对电流的作用

1.(2021·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

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．(多选)如图所示，关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是(　　)

A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的

B．乙图中，磁铁对通电导线的力的作用是通过磁铁的磁场发生的

C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的

D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的

解析：选BC　甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁铁对通电导线力的作用是通过磁铁的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的。综上所述，B、C正确。

3.(2021·温州八校联考)阿明有一个磁浮玩具，其原理是利用电磁铁产生磁性，让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来，其构造如图所示。若图中电源的电压固定，可变电阻为一可以随意改变电阻大小的装置，则下列叙述正确的是(　　)

A．电路中的电源必须是交流电源

B．电路中的a端点须连接直流电源的负极

C．若增加环绕软铁的线圈匝数，可增加玩偶飘浮的最大高度

D．若将可变电阻的电阻值调大，可增加玩偶飘浮的最大高度

解析：选C　电磁铁产生磁性，使玩偶稳定地飘浮起来，电路中的电源必须是直流电源，电路中的a端点须连接直流电源的正极，选项A、B错误；若增加环绕软铁的线圈匝数，电磁铁产生的磁性更强，电磁铁对玩偶的磁力增强，可增加玩偶飘浮的最大高度，选项C正确；若将可变电阻的电阻值调大，电磁铁中电流减小，产生的磁性变弱，则降低玩偶飘浮的最大高度，选项D错误。

4.(2021·衡水调研)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　　　　　　　　　 B.F

C.F  D.F

解析：选C　根据安培力公式，安培力F与导线长度L成正比；若将该导线做成圆环，由L＝×2πR，解得圆环的半径R＝，圆环ab两点之间的距离L′＝R＝。由＝解得：F′＝F，选项C正确。

5.如图所示，无限长导线，均通以恒定电流I，直线部分和坐标轴接近重合，弯曲部分是以坐标原点O为圆心的相同半径的一段圆弧，已知直线部分在原点O处不形成磁场，在第一象限圆弧电流在原点产生的磁感应强度为B，现在原点O处放一小段与x轴重合的长为L的通电导线P(可以视为电流元)，导线P的电流大小为I，电流方向沿x轴正方向，则通电导线P受到的安培力的大小和方向是(　　)

A．2BIL，方向与y轴正方向相同

B．2BIL，方向与y轴负方向相同

C．4BIL，方向与y轴正方向相同

D．4BIL，方向与y轴负方向相同

解析：选A　由题意可知，图中第一象限圆弧电流在原点产生的磁感应强度为B，由安培定则可知磁场方向垂直纸面向里；根据安培定则可知，第二和第三象限内圆弧电流在O点产生的磁场的方向都是向里的，第四象限内圆弧电流在O点产生的磁场的方向是向外的，所以四段圆弧在O点产生的磁场的合场强为2B，方向向里；电流元的方向向右，由左手定则可知，电流元受到的安培力的方向向上，与y轴的正方向相同，大小为F＝2BIL；故A正确，B、C、D错误。

6.如图，两根互相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。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、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(　　)

A．O点处的磁感应强度为零

B．a、b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：选C　O点处的磁场是由M、N两处的直线电流产生的，由安培定则和磁场叠加原理可判断出M、N两处的直线电流在O处产生的磁场方向向下，磁感应强度一定不为零，选项A错误；a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项B错误；c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项C正确；a、c两点处磁感应强度的方向都是竖直向下，选项D错误。

7．(多选)(2021·太原模拟)如图所示，金属细棒质量为m，用两根相同轻弹簧吊放在水平方向的匀强磁场中，弹簧的劲度系数为k，棒ab中通有恒定电流，棒处于平衡状态，并且弹簧的弹力恰好为零。若电流大小不变而方向反向，则(　　)

A．每根弹簧弹力的大小为mg

B．每根弹簧弹力的大小为2mg

C．弹簧形变量为

D．弹簧形变量为

解析：选AC　电流方向改变前，对棒受力分析，根据平衡条件可知，棒受到的安培力竖直向上，大小等于mg；电流方向改变后，棒受到的安培力竖直向下，大小等于mg，对棒受力分析，根据平衡条件可知，每根弹簧弹力的大小为mg，弹簧形变量为，选项A、C正确。

8．(多选)(全国卷Ⅱ)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将(　　)

A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉

B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉

C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉

D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉

解析：选AD　装置平面示意图如图所示。如图所示的状态，磁感线方向向上，若形成通路，线圈下边导线中电流方向向左，受垂直纸面向里的安培力，同理，上边导线中电流受安培力垂直纸面向外，使线圈转动。当线圈上边导线转到下边时，若仍通路，线圈上、下边中电流方向与图示方向相比均反向，受安培力反向，阻碍线圈转动。若要线圈连续转动，要求左、右转轴只能上一侧或下一侧形成通路，另一侧断路。故选A、D。

9．(多选)一金属条放置在相距为d的两金属轨道上，如图所示。现让金属条以v0的初速度从AA′进入水平轨道，再由CC′进入半径为r的竖直圆轨道，金属条到达竖直圆轨道最高点的速度大小为v，完成圆周运动后，再回到水平轨道上，整个轨道除圆轨道光滑外，其余均粗糙，运动过程中金属条始终与轨道垂直且接触良好。已知由外电路控制流过金属条的电流大小始终为I，方向如图中所示，整个轨道处于水平向右的匀强磁场中，磁感应强度为B，A、C间的距离为L，金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动。重力加速度为g，则由题中信息可以求出(　　)

A．金属条的质量

B．金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向

C．金属条运动到DD′时的瞬时速度

D．金属条与水平粗糙轨道间的动摩擦因数

解析：选ABD　在圆轨道最高点，由牛顿第二定律，有BId＋mg＝m，所以选项A正确；由题中信息可求出金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向，选项B正确；由于不知道CD间距，故不能求出金属条运动到DD′时的瞬时速度，所以选项C错误；由动能定理得：－(mg＋BId)·2r－μ(mg＋BId)·L＝mv2－mv02，可以求出动摩擦因数μ，所以选项D正确。

10.(2021·广州模拟)如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为E0的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计。为使ab棒静止，需在空间施加的匀强磁场磁感应强度的最小值及其方向分别为(　　)

A.，水平向右

B.，垂直于回路平面向上

C.，竖直向下

D.，垂直于回路平面向下

解析：选D　对金属棒受力分析，受重力、支持力和安培力，如图所示；从图可以看出，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，故安培力的最小值为：FA＝mgsin θ，故磁感应强度的最小值为B＝＝，根据欧姆定律，有E0＝IR，故B＝，故D正确。

11．(2021·渭南质检)如图所示，电源电动势为3 V，内阻不计，两个不计电阻的金属圆环表面光滑，竖直悬挂在等长的细线上，金属环面平行，相距1 m，两环分别与电源正负极相连。现将一质量为0.06 kg、电阻为1.5 Ω的导体棒轻放在环上，导体棒与环有良好电接触。两环之间有方向竖直向上、磁感应强度为0.4 T的匀强磁场。重力加速度g＝10 m/s2，当开关闭合后，导体棒上滑到某位置静止不动，试求在此位置上棒对每一个环的压力为多少？若已知环半径为0.5 m，此位置与环底的高度差是多少？

解析：棒受的安培力F＝BIL，棒中电流为I＝，代入数据解得F＝＝0.8 N，

对棒受力分析如图所示(从右向左看)，两环支持力的总和为2FN＝，

代入数据解得FN＝0.5 N。

由牛顿第三定律知，棒对每一个环的压力为0.5 N，

由图中几何关系有tan θ＝＝＝，得θ＝53°，

棒距环底的高度为h＝r(1－cos θ)＝0.2 m。

答案：0.5 N　0.2 m

12.载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B＝，式中常量k>0，I为电流强度，r为距导线的距离。在水平长直导线MN正下方，矩形线框abcd通以逆时针方向的恒定电流，被两根等长的轻质绝缘细线静止地悬挂，如图所示。开始时MN内不通电流，此时两细线内的张力均为T0。当MN通以强度为I1的电流时，两细线的张力均减小为T1；当MN内的电流强度变为I2时，两细线的张力均大于T0。

(1)分别指出强度为I1、I2的电流的方向；

(2)求MN分别通以强度为I1和I2电流时，线框受到的安培力F1与F2大小之比；

(3)当MN内的电流强度为I3时两细线恰好断裂，在此瞬间线框的加速度大小为a，求I3。

解析：(1)I1方向向左，I2方向向右。

(2)当MN中通以强度为I的电流时，线框受到的安培力大小为F＝kIiL，

式中r1、r2分别为ab、cd与MN的间距，i为线框中的电流，L为ab、cd的长度。

F1∶F2＝ I1∶I2。

(3)设MN中电流强度为I3时，线框受到的安培力大小为F3。由题设条件有

2T0＝G,2T1＋F1＝G，F3＋G＝ma＝a。

＝＝，

I3＝I1。

答案：(1)I1方向向左　I2方向向右　(2)I1∶I2　

(3)I1