2021高考物理（新高考版）一轮复习教师用书：专题十一考点1　磁场的描述及安培力的应用 WORD版含答案.docx

1、专题十一 磁场 考点1磁场的描述及安培力的应用 413考向安培力的求解2019全国,17,6分如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接.已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为()A.2FB.1.5FC.0.5FD.0必备知识:电路结构的认识、安培力的大小和方向、力的合成法则.关键能力:模型转化能力.解题指导:分析等边三角形线框在电路中的串并联关系,确定其电流的大小,求解安培力大小,判断安培力方向,根据力的合成法则,确定线框受到的安培力.考法1 磁感应强度的理解及求解120

2、17全国,18,6分如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为A.0B.33B0C.233B0D.2B0 图甲 图乙在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为零,如图甲所示.由此可知,外加的磁场方向与PQ平行,由Q指向P,磁场强度大小关系为B1=B0,依据几何关系有BQcos 30=BPcos 30=B02,解得P和Q通电导线在a处的磁

3、感应强度大小为BQ=BP=33B0,当P中的电流反向,其他条件不变时,如图乙所示.依据几何关系有B2=33B0,因外加的磁场方向与PQ平行,且由Q指向P,磁场大小为B0,最后由矢量的合成法则可知,a点处磁感应强度的大小B=B02+(33B0)2=233B0,故C正确,A、B、D错误.C1.2018全国,20,6分,多选如图,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13B0和12B0,方向也

4、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712B0B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B0考法2 安培力的判断与计算2如图,闭合圆环由一段粗细均匀的电阻丝构成,圆环半径为L,圆心为O,P、Q在圆环上,POQ=90,圆环处在垂直于圆环所在平面的匀强磁场中,磁场磁感应强度为B.两根导线一端分别连接P、Q两点,另一端分别与直流电源正、负极相连,已知圆环的电阻为4r,电源的电动势为E,内阻为r4,则圆环受到的安培力的大小为A.0B.42BEL17r

5、C.BELrD.2BELr根据电阻定律可知优弧PQ对应电阻丝的电阻为3r,劣弧PQ对应电阻丝的电阻为r,两部分并联在电路中,并联的总电阻为R并=3rr3r+r=34r,电路总电阻R=14r+34r=r,根据闭合电路欧姆定律可得电流I=Er,优、劣弧对应电阻丝在磁场中的有效长度为弦长PQ,则PQ长度x=2L,根据安培力的计算公式可得圆环受到的安培力的大小为F=BIx=2BELr,故D项正确,A、B、C三项错误.D2.2017全国,19,6分,多选如图,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

6、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 113D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 331考法3 安培力作用下静力学问题分析32019广西名校联考如图所示,间距为0.3 m的平行导轨所在平面与水平面之间的夹角为,匀强磁场的磁感应强度方向垂直于平行导轨斜面向上,大小随时间变化的规律为B=(2+2t) T.将一根长为0.3 m、质量为0.2 kg的导体棒垂直放置在导轨上,导体棒中通有大小为1 A、方向从a到b的电流.t=0和t=2 s时刻,导体棒刚好都能处于静止状态.取g=1

7、0 m/s2,已知sin 37=0.6,则A.平行导轨的倾角=30B.导体棒对平行导轨的压力大小为1 NC.导体棒与平行导轨间的最大静摩擦力大小为0.3 ND.t=1 s时,导体棒所受的摩擦力为0先分析导体棒的两个临界状态的受力情况,判断导体棒所受安培力的方向,再根据平衡条件分别列出两个状态时的平衡方程,即可求解导轨的倾角和导体棒与导轨间的最大静摩擦力.t=1 s时,导体棒所受安培力和重力沿导轨向下的分力平衡,此时导体棒所受摩擦力为0.t=0和t=2 s时刻,导体棒均恰好处于静止状态,且静摩擦力达到最大.可知t=0时,导体棒刚好要沿导轨向下运动,t=2 s时,导体棒刚好要沿导轨向上运动,又因为

8、导体棒所受安培力的方向一定沿导轨向上,故根据平衡条件知,t=0时有mgsin =fmax+B0IL,t=2 s时有mgsin +fmax=B2IL,解得fmax=0.6 N,sin =0.6,即=37, 选项A、C错误.导体棒对平行导轨的压力FN=mgcos 37=1.6 N,选项B错误.t=1 s 时,F安=B1IL=1.2 N,mgsin =1.2 N,因mgsin =F安,故导体棒所受摩擦力为零,选项D正确.D3.2020湖北襄阳联考如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件

9、,角的相应变化情况是()A.棒中的电流变大,角变大B.两悬线等长变短,角变小C.金属棒质量变大,角变大D.磁感应强度变大,角变小考法4 安培力作用下动力学问题分析42020合肥调研性检测电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.下图是电磁炮的原理示意图,与电源正、负极相连的光滑水平平行金属轨道位于匀强磁场中,磁场方向垂直轨道所在平面向上,装载炮弹的通电导体滑块将在磁场中向右加速运动,下列说法正确的是A.a为电源正极B.导体滑块由于安培力的作用在磁场中一直做加速运动C.仅将磁场反向,导体滑块仍向右加速D.仅减小炮弹质量,其速度变化率增大由左手定则和炮弹运动方向可明确回路中电流方向,从

10、而判断电源正、负极.注意磁场方向变化会导致安培力方向变化.导体滑块向右做加速运动的过程中,电流是变化的,可结合牛顿第二定律判断导体滑块的速度变化率.因导体滑块在磁场中受到安培力作用,产生加速度,从而加速运动,由题意可知,磁场方向垂直轨道所在平面向上,根据左手定则可知,导体滑块所受的安培力方向向右,电流方向由b到a,因此b为电源正极、a为电源负极,选项A错误;导体滑块在轨道上速度最大时,产生的感应电动势最大,且等于电源电动势,此时通过导体滑块的电流为零,此后导体滑块将匀速运动,选项B错误;仅将磁场反向,导体滑块所受安培力方向向左,因此导体滑块会向左加速运动,选项C错误;设磁场的磁感应强度大小为B

11、,轨道间距为L,导体滑块加速运动中的电流为i,由牛顿第二定律得BiL=ma,可知仅减小炮弹质量,a将增大,因此速度变化率增大,选项D正确.D4.2019浙江宁波检测,多选光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为L=20 cm的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60 g、电阻R=1 、长为L的导体棒ab,用长也为L的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,闭合开关S后,导体棒由静止沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成=53角,导轨电阻不计,导体棒中的电流保持不变,sin 53=0.8,g=10 m/s2

12、,则()A.磁场方向一定竖直向下B.导体棒所受安培力大小为0.3 NC.导体棒由静止摆到最大高度的过程中,电源提供的电能为0.048 JD.电源电动势大于3.0 V重难突破安培力的综合应用问题题型1安培力与实验测量问题的综合5如图所示,虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场中磁感应强度大小并判定其方向.所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;为电流表;S为开关.此外还有细砂、天平、米尺和若干轻质导线.(1)在图中画线连接成实验电路图.(2)完成下列主要实验步骤

13、中的填空:按图接线.保持开关S断开,在托盘内加入适量细砂,使D处于平衡状态,然后用天平称出细砂质量m1.闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细砂,使D,然后读出,并用天平称出.用米尺测量.(3)用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B=.(4)判定磁感应强度方向的方法是:若,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.根据实验目的和电磁天平的原理,将电源、开关、电阻箱、电流表及U形金属框串联起来,连接成如图所示的电路图.设金属框质量为M,托盘质量为m0,第一次操作中未接通电源时由平衡条件得Mg=(m0+m1)g;第二次接通电源后,加入

14、适量细砂m2使D重新处于平衡状态,然后读出此时电流表的示数I,并测量出金属框底部的长度l,若金属框受到的安培力竖直向下,由平衡条件得BIl+Mg=(m0+m2)g,两式联立解得B=(m2-m1)gIl.若金属框受到的安培力竖直向上,则B=(m1-m2)gIl.综上可得B=|m2-m1|Ilg.若m2m1,则由左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向外,反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.(1)见解析图(2)重新处于平衡状态电流表的示数I此时细砂的质量m2D的底边长度l(3)|m2-m1|Ilg(4)m2m1素养聚焦本题通过改变导线中的电流使磁场中金属框所受安培力发生改变,进而求出磁感应强度.此题为复

15、合实验题,以操作性内容为主要考查目标,体现了创新思想,解题关键是要注意总结习题中的物理实验的设计思想,强化知识迁移及综合应用能力,由实验原理确定实验电路图,获取和处理信息,得出磁感应强度的表达式培养考生的科学探究的核心素养;由测量得到的物理量和天平平衡的条件推导出磁感应强度的表达式,并通过根据表达式分析判断磁感应强度方向来培养考生的科学思维.5.2015新课标全国,24,12分如图所示,一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1 T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连,电路总

16、电阻为2 .已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm.重力加速度大小取10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.题型2安培力与力电知识的综合应用62017天津高考,12,20分电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器. 电磁轨道炮示意如图, 图中直流电源电动势为E, 电容器的电容为C. 两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l, 电阻不计. 炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触.首

17、先开关S接1, 使电容器完全充电. 然后将S接至2, 导轨间存在垂直于导轨平面、 磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出), MN开始向右加速运动.当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时, 回路中电流为零, MN达到最大速度, 之后离开导轨.问:(1)磁场的方向;(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少.(1)垂直于导轨平面向下.(2)电容器完全充电后,两极板间电压为 E,当开关S接 2 时,电容器放电,设刚放电时流经 MN 的电流为 I ,有I=ER设 MN 受到的安培力为 F,有F=IlB由牛顿第二定律,有F=ma联立式得a=BlEmR.(3)当电容器充电完毕时,设电容器上电荷量为Q0,有Q0=CE开关 S接2后,MN 开始向右加速运动,速度达到最大值vmax时,设 MN 上的感应电动势为E,有E=Blvmax依题意有E=QC设在此过程中MN的平均电流为