6.1探究磁场对电流的作用 跟踪训练（Word版含解析）

2021-2022学年鲁科版选修3-1
6.1探究磁场对电流的作用
跟踪训练（解析版）
1．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数和质量均相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同，方向如图中箭头所示的电流，天平均处于平衡状态，则哪个选项左盘中所加的砝码质量最小（　　）
A．
B．
C．D．
2．如图所示，把一直导线平行地放在小磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转.首先观察到这个实验现象的物理学家是（　　）
A．法拉第
B．奥斯特
C．安培
D．焦耳
3．如图所示，两根相互平行的固定长直导线L1、L2，L1中通入电流I1，L2中通入电流I2，且I1>I2，方向均垂直纸面向里。L1受磁场力F1，L2受磁场力F2，则（　　）
A．F1=F2，F1方向指向L2
B．F1=F2，F1方向背离L2
C．F1>F2，F1方向背离L2
D．F1>F2，F1方向指向L2
4．如图是描述通电直导线周围的磁场磁感线分布情况，其中正确的是（　　）
A．立体图
B．横截图
C．横截面图
D．纵切面图
5．指南针是我国古代四大发明之一、当指南针上方有一条水平放置的通电导线时，其N极指向变为如图实线小磁针所示。则对该导线电流的以下判断正确的是（　　）
A．可能东西放置，通有由东向西的电流
B．可能东西放置，通有由西向东的电流
C．可能南北放置，通有由北向南的电流
D．可能南北放置，通有由南向北的电流
6．通电长直导线周围某点的磁感应强度，即通电长直导线周围某点的磁感应强度大小与导线中的电流I成正比，与该点到导线的距离r成反比。如图所示，纸面内两根平行长直导线相距为L，通以大小方向均相同的电流。规定磁场方向垂直纸面向里为正，在区间内磁感应强度B随x变化的图像可能是（　　）
A．B．C．D．
7．如图所示，带负电的金属环绕轴′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后静止时（　　）
A．极竖直向上
B．极竖直向下
C．极沿轴线向左
D．极沿轴线向右
8．某同学在学习了左手定则之后，用三支铅笔来表示磁感应强度、电流和安培力方向之间的关系（笔尖表示方向），下列表示正确的是（　　）
A．B．C．D．
9．赤道附近的地磁场可以看作匀强磁场，磁感应强度的大小约为，在赤道上沿东西方向有一根100m长的直导线，通有20A的电流，电流方向与磁场方向垂直。则直导线在地磁场中受到的安培力大小约为（　　）
A．
B．
C．
D．
10．竖直面内有一易形变的轻质正方形导线框ABCD，将四角固定在匀强磁场中。当线框中通有如图所示的电流时，其形状变为图中虚线所示，该磁场磁感应强度的方向可能为（　　）
A．平行AB边向上
B．平行AB边向下
C．垂直线框平面向里
D．垂直线框平面向外
11．竖直放置的长直导线通有向下的恒定电流，如图所示（俯视图）。小磁针在电流的磁场作用下，静止时，指向正确的是（　　）
A．B．C．
D．
12．
如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ．则磁感应强度方向和大小可能为（　　）
A．z正向，
B．y负向，
C．z负向，
D．沿悬线向上，
13．一束带电粒子沿着水平方向，平行地飞过磁针的上方，如图所示，当带电粒子飞过磁针上方的瞬间，磁针的S极向纸里转，则带电粒子可能是（　　）
A．向右飞行的正电荷束
B．向左飞行的正电荷束
C．向右飞行的负电荷束
D．向左飞行的负电荷束
14．关于磁场对通电导线的作用力，下列说法正确的是（　　）
A．磁场对放置在其中的通电导线可能没有力的作用
B．放置在磁场中的导线越长，其所受的磁场力越大
C．放置在磁场中的导线通过的电流越大，其所受的磁场力越大
D．通电导线在磁场中所受的磁场力的方向一定与磁场方向垂直
15．在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则（　　）
A．两导线相互吸引
B．两导线相互排斥
C．A处磁感应强度方向水平向右
D．A处磁感应强度为
16．如图所示，两平行导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨的一建接有电动势E=3V内阻r=0.5Ω的直流电源，两导轨间的距离L=0.4m，在导轨所在空间内分布着磁感应强度B=0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在会属导轨上，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒的电阻R=1.0Ω，导体棒恰好刚要滑动，金属导轨电阻不计，（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：
（1）ab棒受到的安培力；
（2）ab棒与导轨的动摩擦因数μ。
17．如图所示，一根质量为，长度为的金属棒用细金属丝水平悬挂在垂直纸面向里的匀强磁场中、当金属棒中通有电流时，金属丝对金属棒的拉力刚好为零，重力加速度大小为。
（1）请说明金属棒中电流强度的方向；
（2）求磁感应强度的大小。
18．水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，导轨的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ，指向右斜上方且与金属棒ab垂直，如图所示，求：
（1）当ab棒静止时，受到的支持力的大小和摩擦力的大小；
（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少，此时B的方向如何。
19．把一根长L=10cm的导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中，当导线中通以I1=2A的电流时，导线受到安培力大小为1.0×10-7N。
（1）计算磁场的磁感应强度；
（2）若该导线中通以I2=3A的电流，则此时导线所受安培力大小是多少。
20．一根长L=0.4m的直导线，通有I=6A的电流，放在磁感应强度B=1T的匀强磁场中。问：
(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线会不会受到安培力？
(2)当导线方向与磁场方向垂直时，导线受到的安培力是不是最大？
(3)导线受到的最大的安培力是多大？
参考答案
1．A
【详解】
因为天平处于平衡状态，所以
即线框所受的安培力越大，左盘中所加的砝码质量最小，由于线框平面与磁场方向垂直，且线框不全在磁场区域内，线圈与磁场边界所截线段的长度等于线框在磁场中的有效长度，由图可知，A图的有效长度最长，线圈匝数、磁场强度B和电流大小I相等，根据
可知A所受的安培力最大，则A图中左盘中所加的砝码质量最小。
故选A。
2．B
【详解】
1820年，丹麦物理学家奥斯特在一次讲课时偶然发现电流能使磁针发生偏转，于当年3月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。
故选B。
3．A
【详解】
本题考察安培力。由左手定则可知，同向电流相互吸引，故F1方向指向L2，而力的作用是相互的，故。
故选A。
4．C
【详解】
根据安培定则可知，ABD图中的磁感线方向与图示方向相反，只有图C是正确的；
故选C。
5．C
【详解】
地磁场与电流的磁场的合磁场指向东北方向，因为地磁场由南指向北，所以电流的磁场由西指向东，根据安培定则，导线南北放置，通有由北向南的电流。
故选C。
6．A
【详解】
根据右手螺旋定则可得左边通电导线在两根导线之间的磁场方向垂直纸面向里，右边通电导线在两根导线之间的磁场方向垂直纸面向外，离导线越远磁场越弱，在两根导线中间位置磁场为零。靠近左侧导线的位置磁场向里；靠近右侧的位置的磁场方向向外；由于规定B的正方向为垂直纸面向里，所以在0-L区间内磁感应强度B随x变化的图线应为A图，选项A正确，BCD错误；
故选A。
7．C
【详解】
金属环带负电，按题图所示的方向旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反，由右手螺旋定则可知磁极的方向：左端极，右端极，因此小磁针最后静止时极沿轴线向左。
故选C。
8．B
【详解】
左手定则：磁感线穿过手心，四个手指的方向为电流的方向，则大拇指所指的方向为通电导线受力的方向，通过判断可知B正确。
故选B。
9．A
【详解】
根据
可得直导线在地磁场中受到的安培力大小
故选A。
10．D
【详解】
当线框现状如图中虚线所示时，说明线框所受安培力均由四周指向外，根据左手定则来判断通电导线所受安培力方向：四指指向电流方向，大拇指指向安培力方向，则掌心刚好朝向纸面内，因磁场从掌心穿入，所以该处磁场磁感应强度的方向为垂直线框平面向外，故选D。
11．B
【详解】
根据右手螺旋定则可知，在小磁针所在位置，磁场方向沿着顺时针方向，而小磁针N极受力的方向为磁感强度的方向。
故选B。
12．C
【详解】
A．磁感应强度方向为z正方向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y负方向，则导体不可能处于平衡状态，A错误；
B．磁感应强度方向为y正向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿z负方向，则导体不可能处于平衡状态，
B错误；
C．磁感应强度方向为z负向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y正方向，由平衡条件得：
解得
B=
C正确；
D．当沿悬线向上时，由左手定则可知，安培力垂直于导线斜向左下方，导体不可能处于平衡状态，D错误。
故选C。
13．BC
【详解】
由题意可知，小磁针的N极向纸外偏转，S极向内偏转，因此在带电粒子的下方磁场方向向外，由安培定则可知电流方向向左，因此这束带电粒子若是带正电，则向左飞行；若是带负电，则向右飞行，AD错误，BC正确。
故选BC。
14．AD
【详解】
A．当通电导线(直的)方向与磁场方向平行时,磁场对该通电导线没有力的作用，故A正确；
BC．当通电导线垂直磁场放置时，导线越长、导线通过的电流越大，其所受的磁场力越大，题目中没有说明导线的放置方式，当导线与磁场方向平行时，导线不受磁场力的作用，故BC错误；
D．通电导线在磁场中所受的力叫安培力，安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流的方向，故D正确。
故选AD。
15．ACD
【详解】
AB．两导线中电流同向，则相互吸引，选项A正确，B错误；
CD．由图可知A处磁感应强度方向水平向右，大小为
选项CD正确。
故选ACD。
16．（1）0.4N，沿斜面向上；（2）0.5
【详解】
（1）根据闭合电路欧姆定律得
导体棒受到的安培力为
由左手定则可知，安培力沿斜面向上。
（2）对导体棒受力分析，将重力正交分解，沿导轨方向有
即有
根据平衡条件可知，摩擦力沿斜面向上受力分析可得
由平衡得
解得
17．（1）由指向；（2）
【详解】
（1）金属棒所受拉力为零，则安培力方向向上，与重力大小相等，由左手定则可得电流方向由指向；
（2）由平衡条件
解得
18．（1），；（2），水平向右
【详解】
（1）从b向a看，如图所示
水平方向
竖直方向
又
由以上解得
（2）使ab棒受支持力为零，且让磁感应强度最小，则受安培力竖直向上，由平衡条件
解得
根据左手定则判定磁场方向水平向右
19．（1）；（2）
【详解】
（1）由
得
（2）由安培力公式有
20．(1)不受安培力；(2)最大；(3)2.4N
【详解】
(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线不会受到安培力；
(2)(3)当导线方向与磁场方向垂直时安培力最大，导线所受的最大的安培力是