高中物理备考综合热身辅导系列——基础训练22 磁现象的基本概念

基础辅导22   磁现象的基本概念

——’11备考综合热身辅导系列

高级物理教师        魏德田

通过训练使我们知道磁场的基本特性，理解和掌握磁感线的特性和功能，熟练掌握和运用安培定则判断电流产生的磁场方向，深刻理解磁感应强度概念，掌握磁感应强度叠加原理，理解磁现象的电本质.第7题、第12题、第14题为创新题，使我们从不同的角度对描述磁场的基本概念和规律有更多更深的认识.

一、破解依据

若解决“磁强”和“磁场力的方向”等初步问题，可参考以下几条依据：

㈠求“磁强”B的大小，一看磁感线的“疏密”；二可用公式 和 等计算。直线电流的“磁强的叠加”问题，与场强矢量的叠加十分相似。

㈡“磁强”（或磁场）方向，跟磁感线的切线、或小磁针N极的“方向一致”；在磁场力问题中遵守“左手定则”。而判断磁感线的方向，依据“安培定则”。

㈢磁通量Φ=BS    其中Φ:磁通量(Wb)，B:匀强磁场的磁感强度(T)，S:正对面积(m²)。

㈣求安培力F的大小，可用 或 。

㈤其方向，可用“左手定则”，F一定垂直于I、B，而后两者则不一定垂直。若I、B任一量反向，F则反向。

㈥若“通电导体”（以下称“通导”）的安培力、机械力、静电力等合力为零，其则处于平衡状态。若合力不为零，则可改变其运动状态。

*安培力的作用，亦可使通电导体如线圈等发生形变。其他不尽之处，请参阅教材。

                       二、精选习题

㈠选择题(每小题5分，共40分)

1. 下列说法中正确的是

A.磁感线可以表示磁场的方向和强弱

B.磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极

C.磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场

D.放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极

2.（07广东理基）磁体之间的相互作用是通过磁场发生的。对磁场认识正确的是

A．磁感线有可能出现相交的情况            B．磁感线总是由N极出发指向S极

C．某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致

D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零

3. (09重庆)在题图1—33—1所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线 与  之间的安培力的大小为 、 ，判断这两段导线（  ）

 

图1—33—1

A.相互吸引， ＞              B.相互排斥， ＞

C.相互吸引， ＜              D.相互排斥， ＜

4.在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针N极向东偏转，由此可知

A.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针

B.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C.可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过

D.可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过

图1—33—2

5.两根长直通电导线互相平行，电流方向相同.它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处.如图1—33—2所示，两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度是

 

图1—33—3

 

 

 

 

 

 

 

A. 2B                    B. B                  C. 0                   D. B

6.

A

（08宁夏）在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图。过c点的导线所受安培力的方向

A.与ab边平行，竖直向上 B.与ab边平行，竖直向下

C.与ab边垂直，指向左边D.与ab边垂直，指向右边

7.19世纪20年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的.该假设中的电流方向是

A.由西向东垂直磁子午线         B.由东向西垂直磁子午线

C.由南向北沿磁子午线           D.由赤道向两极沿磁子午线方向

（注：磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线）

8.如图1—33—4所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M.B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点.当电磁铁通电、铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为

图1—33—4

A.F=mg                                               B.Mg＜F＜（M＋m）g

C.F=（M＋m）g                                  D.F＞（M＋m）g

㈡填空题(每小题6分，共24分)

9. (07广东理基)如图，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会

                                                    

图1—33—5

A．向上偏转    B．向下偏转      C．向纸内偏转           D．向纸外偏转

10.如图1—33—5所示，三根长导线通电电流大小相同，通电电流方向为b导线和d导线向纸里，c导线向纸外，a点为b、d两点速度的中点，ac垂直bd，且ab=ad=ac，则a点处磁场方向为_________.

 

 图1—33—5

11 (07广东理基)如图1—33—6，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流l方向从M到N，绳子的拉力均为F。为使F=0，可能达到要求的方法是_________.

   

 

图1—33—6

A．加水平向右的磁场                                     B．加水平向左的磁场

      C．加垂直纸面向里的磁 场                                   D．加垂直纸面向外的磁场

12. 如图1—33—7所示，在光滑的水平桌面上，有两根弯成直角的相同金属棒，它们一端均可绕固定转动轴O自由转动，另一端b互相接触，组成一个正方形线框，正方形每边长度均为L，匀强磁场方向垂直桌面向下，当线框中通以图示方向的电流I时，两金属棒在b点的相互作用力为F，则此时磁感应强度的大小为______.

 

 图1—33—7

㈢计算题(共36分)

13.(10分)如图1—33—9所示，在两根劲度系数都为k的相同的轻质弹簧下悬挂有一根导体棒ab，导体棒置于水平方向的匀强磁场中，且与磁场垂直.磁场方向垂直纸面向里，当导体棒中通以自左向右的恒定电流时，两弹簧各伸长了Δl₁；若只将电流反向而保持其他条件不变，则两弹簧各伸长了Δl₂，求：

图1—33—9

(1)导体棒通电后受到的磁场力的大小?

(2)若导体棒中无电流，则每根弹簧的伸长量为多少?

E

θ

B

a

b

1—33—10

d

14.（08高考模拟）（12分）如图1—33—10所示，质量为m电阻为R的导体棒ab放在与水平面夹角为 的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，导轨电阻不计，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计。

⑴若导轨光滑，电源电动势E多大才能使导体棒静止在导轨上？

⑵若导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 ，且不通电使导体棒不能静止在导轨上，要使导体棒静止在导轨上，电源的电动势应多大？（最大的静摩擦力等于滑动摩擦力）

 

15.（14分）如图1—33—11所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的左盘a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，磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I（方向如图所示）时，在天平右盘b放上砝码，线圈和砝码质量分别为m₁、m₂，此时天平平衡.当电流反向而大小不变时，在天平右盘内又放入质量为m₀的砝码，天平又重新平衡.

图1—33—11

（1）求磁感应强度的大小和方向；

（2）上述测定磁感应强度所用的线圈系铜锌合金.某学生欲测定该合金的铜锌比例，取此种合金12.76 g，投入到足量的2 mol/L的稀硫酸中，充分反应后，收集到气体在标准状况下的体积为896 mL.求合金中铜、锌的物质的量之比.

三、参考答案

㈠1.AC  2. C

3.D.[解析]电键S分别置于a、b两处时，电源分别为一节干电池、两节干电池，而电路中灯泡电阻不变，则电路中电流I_a＜I_b， 在 处的磁感应强度B_a＜B_b，应用安培力公式F＝BIL可知 ＜ ，又 在 电流方向相反、则相互排斥。

4.C  5.D  6.C

7.B  根据地磁的方向及特点进行分析判断.

8.D  对A、B、C整体，由于铁片向上加速运动，发生超重现象，绳拉力F=（M+m)g+ma＞(M+m)g.

㈡9. A [解析]在阴极射线管所处位置，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选A。

10.沿纸面由a指向b 

11. C [解析]根据题意可知：欲使F=0，则需使磁场力竖直向上，大小等于导线重力，由左手定则可知，磁场方向需垂直纸面向里，故填C.

12. .以O为支点，选Oab为研究对象，根据力矩平衡条件F· L=2BIL· 即可解得.

F_N

F_B

mg

α

图1—33—12

 

㈢13.(1)k(Δl₂-Δl₁)  (2)  (Δl₁+Δl₂)

[解析] 首先，分析受力情况，作出图1—33—12和最大静摩擦力向上时的图1—33—13。

⑴然后，如图1—33—12所示，应用平衡条件、电学知识可得

     

由此解得

     

mg

f₁

F_N

F_B

α

图1—33—13

 

α

x

y

f₂

⑵进而，在图1—33—13中，对于最大静摩擦力分别向上、向下的不同情况（与式中的 号分别表示），应用平衡条件，可得

         

联立①③④，即可求出电源电动势的范围为

        

15.(1)第二次天平平衡中，右盘所受的向下压力增大了m₀g，故第二次平衡中，左盘所受的向下的拉力也增大了ΔF=m₀g.由于两次所受安培力大小相等，方向相反，故第一次磁场对通电线圈的安培力F_A必须向上，第二次磁场对通电线圈的安培力F_A必须向下，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，且

      ΔF=2F_A=m₀g,

又  F_A=NBIl,即2NBIl=m₀g,

则    B= .

(2)Zn+H₂SO₄          ZnSO₄+H₂↑,

n(Zn)=n(H₂)=  =0.040 mol,

n(Cu) = =0.160 mol

n(Cu)/n(Zn)=0.160 mol/0.040 mol=4∶1.