1.1磁场对通电导线的作用力 同步练习—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（Word含答案）

1.1磁场对通电导线的作用力
同步练习
一、单选题
1．关于磁感应强度的定义式B＝
，下列说法正确的是（　　）
A．电流元IL在磁场中受力为F，则磁感应强度B一定等于
B．磁感应强度的大小与IL成反比，与F成正比
C．磁感应强度就是电流元IL所受的磁场力F与IL的比值
D．磁感应强度的大小是由磁场本身决定的，与检验电流元无关
2．关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系，下面的说法中正确的是（　　）
A．在B=0的地方，F一定等于零
B．在F=0的地方，B一定等于零
C．若B=1
T，I=1
A，L=1
m，则F一定等于1
N
D．若L=1
m，I=1
A，F=1
N，则B一定等于1
T
3．磁场对通电导线的作用力称为安培力，下列通电直导线所受安培力方向正确的是（　　）
A．B．C．D．
4．如图所示，、、是水平固定在正三角形三个顶点的三条长直导线，三根导线均通有大小相等、方向相同的恒定电流，则导线所受安培力的情况是（　　）
A．导线所受安培力的大小为零
B．导线所受安培力的方向竖直向上
C．撤掉导线后，导线所受安培力的方向不变
D．撤掉导线后，导线所受安培力变小
5．两根电流大小相同的通电直导线A和B用相同的丝线悬挂在水平天花板上，导线A的电流方向向里如图所示。在空间中加竖直方向的磁场可以使两根丝线与天花板垂直，则B的电流方向和所加的磁场方向分别为（　　）
A．向里
竖直向上
B．向里
竖直向下
C．向外
竖直向上
D．向外
竖直向下
6．通电直导线、与圆形通电导线环放在同一粗糙绝缘水平面上，为导线环圆心，导线、与导线环直径平行且到距离相等，当它们通有如图所示的电流后，均仍处于静止状态，则（　　）
A．点磁感应强度为0
B．导线环受到向右的摩擦力
C．导线受到的摩擦力一定向右
D．导线受到的摩擦力一定向右
7．如图所示，水平面上的U形导轨NMPQ处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ，垂直于ab且指向右斜上方。导轨宽度为L，垂直于导轨放置一根金属棒ab，
ab棒中电流为I，则ab棒受到的安培力大小为（　　）
A．
B．
C．
D．0
8．如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示，则导线abcd受到的磁场的作用力的合力（　　）
A．方向沿纸面向上，大小为（＋1）BIL
B．方向沿纸面向上，大小为3BIL
C．方向沿纸面向下，大小为（＋1）BIL
D．方向沿纸面向下，大小为3BIL
9．如图所示，在竖直平面内有一半径为R的四分之三圆环，通有恒定电流，处在水平向里的匀强磁场中，环面与磁场垂直，竖直（O为圆环圆心），此时圆环受到的安培力大小为。如将磁场绕（俯视看）在水平面内沿顺时针转动90°，圆环中电流仍保持恒定，此时圆环受到的安培力大小为，则（　　）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以如图所示方向电流时（　　）
A．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用
B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用
C．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用
D．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用
11．如图所示，两根互相绝缘、垂直放置的直导线ab和cd，分别通有方向如图的电流，若通电导线cd固定不动，导线ab能自由运动，则它的运动情况是（　　）
A．顺时针转动，同时靠近导线cd
B．顺时针转动，同时远离导线cd
C．逆时针转动，同时靠近导线cd
D．逆时针转动，同时远离导线cd
二、多选题
12．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是（　　）
A．B=mg，方向垂直斜面向上
B．B=mg，方向垂直斜面向下
C．B=，方向水平向左
D．B=mg，方向平行斜面向下
13．如图所示为电流天平原理示意图，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，线圈匝数为N，水平边长为L，线圈的下部处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。现用其来测量匀强磁场的磁感应强度。当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡。当电流反向（大小不变）时，左边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，已知重力加速度为g。由此可知（　　）
A．磁感应强度的方向垂直纸面向里
B．磁感应强度的方向垂直纸面向外
C．磁感应强度大小为
D．磁感应强度大小为
14．如图所示，质量为m，长为L的铜棒，用长度也为L的两根轻导线将铜棒水平悬挂在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，铜棒未通电时，轻导线沿竖直方向；通入电流后，铜棒向外偏转，轻导线与竖直方向的最大偏角为，此过程中通过棒的电流恒定，则（　　）
A．棒中电流的方向为
B．棒中电流的大小为
C．棒中电流的大小为
D．若只增大轻导线的长度，则角变大
三、解答题
15．如图所示，质量为的通电导体杆置于倾角为的平行固定放置的光滑导轨上，导轨间距为，轨道的顶端连接电阻和电动势为、内阻不计的电源，导体杆的电阻为，装置处于竖直方向的匀强磁场中，导轨、导线的电阻忽略不计。为使导体杆静止在导轨上，请完成下面的判定和计算：
（1）匀强磁场的方向
（2）匀强磁场的磁感应强度的大小
16．如图所示，一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨平等且间距为L，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，当导体棒中通一自左向右的电流I时，导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上，取sin
37°=0.6，cos
37°=0.8，求：
（1）磁场的磁感应强度B；
（2）每个圆导轨对导体棒的支持力大小FN。
17．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。
参考答案
1．D
【详解】
A．若电流元IL不是垂直放置在磁场中时所受的磁场力为F，则磁感应强度B不等于，A错误；
BCD．磁感应强度与电流元受到的力的大小无关，与电流元也无关；故BC错误，D正确；
故选D。
2．A
【详解】
A．在B=0的地方，一定没有磁场力，F一定等于零，故A正确；
B．在F=0的地方，B不一定等于零，也有可能是导线与磁场方向平行，故B错误；
CD．应用公式B=或F=BIL时要注意导线必须垂直于磁场方向放置，故CD错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．根据左手定则可知安培力的方向垂直于导线向上，故A错误；
B．根据左手定则可知安培力的方向垂直于导线向右，故B正确；
C．导线与磁场方向平行不受安培力，故C错误；
D．根据左手定则可知安培力的方向垂直于磁场向右，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
AB．根据同向电流相互吸引，可知导线a所受两个对称的安培力，大小相等，方向分别指向导线b和导线c。故AB错误；
CD．撤掉导线c后，导线所受安培力指向导线b，由图可知其方向改变，大小变小。故C错误；D正确。
故选D。
5．C
【详解】
使两根丝线与天花板垂直，则要求两根通电直导线受力平衡，把A、B看成整体，受力平衡，则B中电流方向必须与A中电流相反。故B的电流方向为向外。把A隔离出来，受力分析，可知B电流给水平向左，则外加磁场给水平向右的安培力，根据左手定则可知磁场方向为竖直向上。
故选C。
6．C
【详解】
A．使用右手定则，判断圆形通电导线产生的磁场，圆内沿纸面向外，圆外沿纸面向内。导线在点感应磁场沿纸面向内，导线在点感应磁场沿纸面向外。但题目未给出、及圆形导线电流大小，故点有场强方向无法判断。故错误；
B．导线在圆形导线感应磁场沿纸面向内，圆形导线左半圆受安培力向右，右半圆受安培力向左，但左半圆离导线距离近，故对圆形导线总安培力向右。导线在圆形导线感应磁场沿纸面向外，同理对圆形导线总安培力向左。但未知、导线电流大小，故无法判断圆形导线合力方向，故B错误；
C．圆形导线在处产生磁场沿纸面向里，故受到安培力向左。导线在处产生磁场沿纸面向里，故受到安培力向左。故合力向左，则必定受向右摩擦力。故C正确；
D．圆形导线在处产生磁场沿纸面向里，故受到安培力向左。导线在处产生磁场沿纸面向外，故受到安培力向右。因未知圆形导线和导线电流大小，故导线受安培力方向无法判断。故D错误；
故选C。
7．C
【详解】
因为金属棒与磁场垂直，所以ab棒受到的安培力大小为
故选C。
8．A
【详解】
导线abcd在磁场中的有效长度为a点到d点之间距离，即
根据安培力公式可得导线abcd受到的磁场的作用力的合力大小为
根据左手定则可判断F的方向为沿纸面向上，故A正确。
故选A。
9．A
【详解】
设电流大小为I，开始时，圆环受到的安培力大小为
磁场转过90°，圆环受到的安培力大小为
因此
故选A。
10．C
【详解】
根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向，如图，再根据左手定则判断电流受安培力方向，如左图；根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向右下方，如右图，选取磁铁为研究的对象，磁铁始终静止，根据平衡条件，可以知道通电后支持力变大，静摩擦力变大，方向向左。
故选C。
11．A
【详解】
据安培定则可知，cd导线上面磁场垂直纸面向外，下面磁场垂直纸面向内，ab上半部分处于向外的磁场中，根据左手定则知所受安培力水平向右；下半部分处于向内的磁场中，所受安培力水平向左，故ab会顺时针转动，当转过时两导线平行电流方向相同，由推论“同向电流相互吸引、反向电流相互排斥”可知，ab会靠近导线cd，故ab导线会顺时针转动，同时靠近导线cd，故选A。
12．AC
【详解】
A．当磁感应强度方向垂直斜面向上，由左手定则可判断安培力方向沿斜面向上，根据平衡条件可得
解得
A正确；
B．当磁感应强度方向垂直斜面向下，由左手定则可判断安培力方向沿斜面向下，导体棒不能静止在斜面上，B错误；
C．当磁感应强度方向水平向左，由左手定则可判断安培力方向竖直向上，根据平衡条件可得
解得
C正确；
D．当磁感应强度方向平行斜面向下，由左手定则可判断安培力方向垂直斜面向上，导体棒不能静止在斜面上，D错误。
故选AC。
13．BD
【详解】
若磁感应强度B的方向垂直纸面向里，开始线圈所受安培力的方向向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以右边应加砝码；若磁感应强度B的方向垂直纸面向外，开始线圈所受安培力的方向向向上，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向下，相当于右边多了两倍的安培力大小，需要在左边加砝码，有
所以
故BD正确，AC错误。
14．AC
【详解】
A．根据左手定则，棒中电流的方向为，A正确；
B．充电后，导体棒做往复运动，在最大偏角处，合力使导体棒回到平衡状态，因此
因此
B错误；
C．根据能量守恒
可得棒中电流的大小
C正确；
D．偏转角的大小和轻导线的长度无关，因此若只增大轻导线的长度，角不变，D错误。
故选AC。
15．（1）竖直向上；（2）
【详解】
（1）根据导体杆受力平衡的分析，磁感应强度的方向竖直向上。
（2）对导体棒：由受力平衡得
根据闭合电路欧姆定律可知
联立可得
16．（1）；（2）
【详解】
（1）从右向左看受力分析如图所示：
由受力平衡得到：
=tan37°
解得
B=
（2）两个导轨对棒的支持力为2FN，满足
2FNcos37°=mg
解得
FN=mg
17．（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