高中人教物理選擇性必修二1.1 磁場對通電導(dǎo)線的作用力（同步練習(xí)）（解析版）-同步備課

1、第一章安培力與洛倫茲力第1節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力1下列圖中分別標(biāo)出了一根放置在勻強(qiáng)磁場中的通電直導(dǎo)線的電流I、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和所受安培力F的方向，其中圖示正確的是()【答案】C【解析】A、D圖中電流方向與磁場方向平行，不受安培力作用，故A、D錯誤；B圖中安培力的方向是垂直導(dǎo)線向下的，故B錯誤；C圖中安培力的方向是垂直導(dǎo)線向上的，故C正確2關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力，下列說法正確的是()A安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B安培力的方向總是垂直于磁場的方向C安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)D將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话搿敬鸢浮浚築【解析】：根據(jù)

2、左手定則可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場B的方向時，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場B的方向時，直導(dǎo)線受到的安培力最大，可見，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角有關(guān)，C錯誤；如圖所示，電流I和磁場B垂直，直導(dǎo)線受到的安培力FBIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力為Feq f(r(2),2)BIL，D錯誤。3一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如下圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈

3、直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()【答案】D【解析】A圖中I與B平行應(yīng)不受安培力，故A錯誤，由左手定則知B、C錯誤，D正確4一條勁度系數(shù)較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時，彈簧將()A保持原長B收縮C伸長 D不能確定【答案】：B【解析】：彈簧通電時，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。5.如圖所示，兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上，但能自由移動，若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流，則它們的運(yùn)動情況是()A都繞圓柱轉(zhuǎn)動B以不等的加速度相向運(yùn)動C以相等的加速度相向運(yùn)動D以相等的加速度相背運(yùn)動【答案】：C【

4、解析】：同向環(huán)形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但根據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力大小相等，所以選C項6.在等邊三角形的三個頂點(diǎn)a、b、c處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示。過c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向()A.與ab邊平行，豎直向上B.與ab邊垂直，指向左邊C.與ab邊平行，豎直向下D.與ab邊垂直，指向右邊【答案】B【解析】等邊三角形的三個頂點(diǎn)a、b、c處均有一通電直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流。由安培定則可得：導(dǎo)線a、b的電流在c處的合磁場方向豎直向下。再由左手定則可得：安培力的方向是與ab邊垂直，指向左邊。故選B。7.（多選）如圖

5、所示，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O，并處于勻強(qiáng)磁場中當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向的夾角為.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能是()A沿z軸正方向，eq f(mg,IL)tan B沿y軸正方向，eq f(mg,IL)C沿z軸負(fù)方向，eq f(mg,IL)tan D沿懸線向上，eq f(mg,IL)sin 【答案】BC【解析】：對導(dǎo)線受力分析：作側(cè)視圖，如圖所示，導(dǎo)線受豎直向下的重力，安培力的方向不確定，在懸線右上側(cè)的一個范圍內(nèi)隱含條件：懸線可能不受力重要規(guī)律：左手定則與FILB.由左手定則可知，磁場方向不能沿z軸正方向，也不能沿懸線向上當(dāng)磁場沿z

6、軸負(fù)方向時，有ILBmgtan ，解得Beq f(mg,IL)tan ，選項C正確當(dāng)磁場沿y軸正方向時，有ILBmg，解得Beq f(mg,IL)，選項B正確8如圖是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，線圈中a、b兩條導(dǎo)線長均為L，通以圖示方向的電流I，兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，則()A該磁場是勻強(qiáng)磁場B線圈平面總與磁場方向垂直C線圈將逆時針轉(zhuǎn)動D線圈將順時針轉(zhuǎn)動【答案】：D【解析】：該磁場明顯不是勻強(qiáng)磁場，勻強(qiáng)磁場應(yīng)該是一系列平行的磁感線，方向相同，故A錯誤；由題圖可知，線圈平面總與磁場方向平行，故B錯誤；由左手定則可知，a導(dǎo)線受到的安培力向上，b導(dǎo)線受到的安

7、培力向下，故線圈順時針旋轉(zhuǎn)，故C錯誤D正確。9.在磁場中的同一位置放置一條直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場方向垂直，則下列描述導(dǎo)線受到的安培力F的大小與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系圖象正確的是()【答案】A【解析】根據(jù)題意，導(dǎo)線方向與磁場方向垂直，則導(dǎo)線受到的安培力大小與通過導(dǎo)線的電流大小之間的關(guān)系滿足FILB，故A正確。10.如圖所示的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度天平的右臂下面掛一個矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于紙面當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重

8、新平衡由此可知()A磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為eq f(m1m2g,NIL)B磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為eq f(mg,2NIL)C磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為eq f(m1m2g,NIL)D磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為eq f(mg,2NIL)【答案】B【解析】因為電流反向時，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場方向垂直于紙面向里電流反向前，有m1gm2gm3gNBIL，其中m3為線圈質(zhì)量電流反向后，有m1gm2gm3gmgNBIL.兩式聯(lián)立可得Beq f(mg,2NIL).故選B.11長為L的通電直導(dǎo)線放在傾角為的光滑斜面上，并處

9、在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，當(dāng)B方向豎直向上，電流為I1時導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，電流比值I1 I2 應(yīng)為()Acos B.eq f(1,cos )Csin D.eq f(1,sin )【答案】B【解析】若磁場方向豎直向上，則安培力沿水平方向，由平衡條件可得：mgtan BI1L；若磁場方向垂直于斜面向上，則安培力沿斜面向上。由平衡條件可得：mgsin BI2L，則I1I21cos ，故B正確。12.(2019全國卷，17)如圖4，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框

10、頂點(diǎn)M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F，則線框LMN受到的安培力的大小為()圖4A.2F B.1.5F C.0.5F D.0【答案】B【解析】設(shè)每根導(dǎo)體棒的電阻為R，長度為L，則外電路中，上、下電路電阻之比為R1R22RR21，上、下電路電流之比I1I212。如圖所示，由于上面電路LMN通電的導(dǎo)體棒受到的安培力的有效長度也為L，根據(jù)安培力計算公式FILB，可知FFI1I212，得Feq f(1,2)F，根據(jù)左手定則可知，兩力方向相同，故線框LMN所受到的安培力大小為FF1.5F，選項B正確。13.如圖所示，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻

11、強(qiáng)磁場中；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12 V的電池相連，電路總電阻為2 。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量?！敬鸢浮糠较蜇Q直向下0.01 kg【解析】依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。開關(guān)斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長了l10.5 cm。由胡克定律和力的平衡條件得2kl1mg式中

12、，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小。開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為FBIL式中，I是回路電流，L是金屬棒的長度。兩彈簧各自再伸長了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(l1l2)mgF由歐姆定律有EIR式中，E是電池的電動勢，R是電路總電阻。聯(lián)立式，并代入題給數(shù)據(jù)得m0.01 kg。14如圖所示，水平放置的兩導(dǎo)軌P、Q間的距離L0.5 m，垂直于導(dǎo)軌平面的豎直向上的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T，垂直于導(dǎo)軌放置的ab棒的質(zhì)量m1 kg，系在ab棒中點(diǎn)的水平繩跨過定滑輪與重量G3 N的物塊相連已知ab棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)0.2，電源的電動勢E10 V、

13、內(nèi)阻r0.1 ，導(dǎo)軌的電阻及ab棒的電阻均不計要想ab棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，電阻R應(yīng)在哪個范圍內(nèi)取值？(g取10 m/s2)【答案】1.9 R9.9 【解析】依據(jù)物體的平衡條件可得ab棒恰不右滑時：GmgBI1L0.ab棒恰不左滑時：BI2LGmg0.依據(jù)閉合電路歐姆定律可得：EI1(R1r)，EI2(R2r)由以上各式代入數(shù)據(jù)可解得：R19.9 ，R21.9 .所以R的取值范圍為：1.9 R9.9 .15.水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻)。現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab，并加一個范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右上方，如圖6所示，求：圖6(1)當(dāng)ab棒靜止時，受到的支持力和摩擦力各為多少？(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時B的方向如何？【答案】(1)mgeq f(BLEcos ,R)eq f(BLEsin ,R)(2)eq f(