1、磁场及其描述安培力一、选择题1.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2.(2019浙江1月学考)如图所示是“探究影响通电导线受力的因素”实验的部
2、分装置,导体棒处于磁场中,设三块磁铁可视为相同,忽略导体棒的电阻,下列操作能使导体棒通电瞬间所受安培力变为原来二分之一的是()A.仅移去一块蹄形磁铁B.仅使棒中的电流减小为原来的二分之一C.仅使导体棒接入端由、改为、D.仅使导体棒接入端由、改为、3.(2018浙江4月选考)处于磁场B中的矩形金属线框可绕轴OO转动,当线框中通以电流I时,如图所示,此时线框左右两边受安培力F的方向正确的是()4.在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场,如图所示,向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内,向内的磁场分布在除圆形区域外的整个区域,该平面内有一半径为b(ba)的圆形线圈,线圈平面与磁感应强度方
3、向垂直,线圈与半径为a的圆形区域是同心圆。从某时刻起磁感应强度开始减小到,则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为()A.B(b2-a2)B.B(b2-2a2)C.B(b2-a2)D.B(b2-2a2)5.如图所示为两根互相平行的通电直导线a,b的横截面图,a,b中的电流方向在图中标出,那么导线a中电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向应分别是()A.磁感线顺时针方向,磁场力向右B.磁感线顺时针方向,磁场力向左C.磁感线逆时针方向,磁场力向右D.磁感线逆时针方向,磁场力向左6.老师在课堂上做了一个演示实验:装置如图所示,在容器的中心放一个圆柱形电极B,沿容器边缘内壁放一个圆环形
4、电极A,把A和B分别与电源的两极相连,然后在容器内放入液体,将该容器放在磁场中,液体就会旋转起来。王同学回去后重复老师的实验步骤,但液体并没有旋转起来,造成这种现象的原因可能是该同学在实验过程中()A.将磁铁的磁极倒置了B.将直流电源的正负极接反了C.使用的液体为能导电的饱和食盐溶液D.使用的电源为50 Hz的低压交流电源7.如图所示的天平可用来测定磁感应强度。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为l,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面,当线圈通有电流I(方向如图)时,在天平左右两边加上质量各为m1,m2的砝码,天平平衡。当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平
5、重新平衡。则磁感应强度B的大小和方向为()A.磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为B.磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为C.磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为D.磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为8.三根平行的长直导线,分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点,三导线中电流方向相同,A,B两导线中的电流大小相同,如图所示,已知导线A在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为B,导线C在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为2B,则O处的磁感应强度的大小和方向为()A.大小为B,方向沿OA方向B.大小为2B,方向竖直向下C.大小为2B,方向沿OB方向D.大小为2B,方向沿OA方向9
6、.如图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示,边长为L的正方形线圈中通以电流I,线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外,b导线电流方向垂直纸面向里,a,b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则()A.该磁场是匀强磁场B.该线圈的磁通量为BL2C.a导线受到的安培力方向向下D.b导线受到的安培力大小为BIL10.(多选)如图1所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如图2所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Im,图1中I所示方向为电流正方向。则金属棒
7、()A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功11.(多选)如图所示,无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I,导线正下方固定一正方形线框。线框中通有顺时针方向的恒定电流I,线框边长为L,线框上边与直导线平行,且到直导线的距离也为L,已知在长直导线的磁场中距离长直导线r处的磁感应强度大小为B=,线框质量为m,则释放线框的一瞬间,线框的加速度可能为()A.0B.-gC.-gD.g-12.已知无限长通电直导线周围某一点的磁感应强度B的表达式:B=,其中r0是该点到通电直导线的距离,I为电流强度,0为比例系数(单位为Tm/A)。试推断,一
8、个半径为R的圆环,当通过的电流为I时,其轴线上距圆心O点为r0处的磁感应强度应为()A.B.C.D.二、非选择题13.某电子天平原理如图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C,D与外电路连接。当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g。问:(1)线圈向下运动的过程中,线圈中感应电流是从C端
9、还是从D端流出?(2)供电电流I是从C端还是从D端流入?求重物质量与电流的关系。(3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?14.如图所示为一电流表的原理示意图。质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为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ab。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)(2)若要
10、电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接?(3)若k=2.0 N/m,ab=0.20 m,cb=0.050 m,B=0.20 T,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)若其他条件不变,只改变磁感应强度,将量程扩大2倍,磁感应强度应变为多大?15.如图所示,一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动,其在纸面上的长度为L1,垂直纸面的宽度为L2。在膜的下端(图中A处)挂有一平行于转轴,质量为m,长为L3的导体棒使膜绷成平面。在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板,能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能,并将光能转化成电能。光电池板可等效为一个电池,输出电
11、压恒定为U,输出电流正比于光电池板接收到的光能(设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定)。导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中,并与光电池构成回路,流经导体棒的电流垂直纸面向外(注:光电池与导体棒直接相连,连接导线未画出)。(1)现有一束平行光水平入射,当反射膜与竖直方向成=60时,导体棒处于受力平衡状态,求此时电流强度的大小和光电池的输出功率。(2)当变成45时,通过调整电路使导体棒保持平衡,光电池除维持导体棒力学平衡外,还能输出多少额外电功率?参考答案1.B2.B3.D4.D5.A6.D7.B8.D9.D10.ABC11.AC12.C13.答案:(1)C端(2)D端m=I(3)14.答案:(1)(2)M端(3)2.5 A(4)0.10 T15.答案:(1)(2)(-1)
