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）

第一章
安培力与洛伦兹力
　1　磁场对通电导线的作用力
1．(多选)如图是四位同学所画的通电导线在磁场中的受力示意图，其中正确的是(　　)
A　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　　D
2.电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示．两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定，线圈Ⅱ置于天平托盘上．当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零．下列说法正确的是(　　)
A．当天平示数为负时，两线圈电流方向相同
B．当天平示数为正时，两线圈电流方向相同
C．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力
D．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
3．(多选)把通有电流I，长度为L的直导线放在磁感应强度为B的匀强磁场中，下列关于安培力大小的说法正确的是
(　　)
A．可能为0
B．一定为BIL
C．可能小于BIL
D．可能大于BIL
4.=如图所示，在xOy平面中有一通电直导线与Ox、Oy轴相交，导线中电流方向如图所示．该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同．该磁场的磁感应强度的方向可能是(　　)
A．沿z轴正方向
B．沿z轴负方向
C．沿x轴正方向
D．沿y轴负方向
5.如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是(　　)
A．向上
B．向下
C．垂直纸面向外
D．垂直纸面向里
6．如图所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为(　　)
A．2BIl
B．BIl
C．(2＋)BIl
D．4BIl
7．下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是(　　)
A　　　　
　B　　　　　C　　　　　D
8.(多选)如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以(　　)
A．将A、C端接在电源正极，B、D端接在电源负极
B．将B、D端接在电源正极，A、C端接在电源负极
C．将A、D端接在电源正极，B、C端接在电源负极
D．将B、C端接在电源正极，A、D端接在电源负极
9．(多选)如图甲所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音．俯视图乙表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面平行于纸面)，磁场方向如图中箭头所示，在图乙中(　　)
A．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
B．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
C．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
D．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
10.(多选)如图所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是(　　)
A．ab边与bc边受到的安培力大小相等
B．cd边受到的安培力最大
C．cd边与ad边受到的安培力大小不相等
D．ad边不受安培力作用
11．(多选)通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是(　　)
A．线框有两条边所受的安培力方向相同
B．线框有两条边所受的安培力大小相等
C．线框所受的安培力的合力方向向左
D．线框所受的安培力的合力方向向右
12.如图所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1
m的平行导轨上放一质量为m＝0.3
kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3
A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：
(1)匀强磁场磁感应强度的大小；
(2)ab棒对导轨压力的大小．(g取10
m/s )
13.如图，一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面(纸面)上，铜线所在空间有一匀强磁场，磁场方向竖直向下．当铜线通有顺时针方向电流时，铜线所受安培力的方向(　　)
A．向前　
B．向后　
C．向左
D．向右
14．如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到磁场力的合力为(　　)
A．3BIL，方向b→c
B．4BIL，方向b→a
C．7BIL，方向垂直于ac连线斜向上
D．5BIL，方向垂直于ac连线斜向上
15.如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置水平置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三根导体棒中有等大的电流通过，则三根导体棒受到的安培力大小关系为(　　)
A．Fa＞Fb＞Fc
B．Fa＝Fb＝Fc
C．Fb＜Fa＜Fc
D．Fa＞Fb＝Fc
16.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)．现垂直于导轨放置一根质量为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且指向右上方，如图所示，问：
(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？
(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？
17.如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定两间距L＝0.5
m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝10
V，内阻r＝2
Ω，一质量m＝100
g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝1
T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，g取10
m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
(1)金属棒所受到的安培力大小；
(2)滑动变阻器R接入电路中的阻值．
参考解析
1【答案】BC
【解析】图A电流方向垂直纸面向里，磁场水平向右，由左手定则可知安培力竖直向下，A错误；图B电流方向垂直纸面向外，磁场竖直向下，由左手定则可知安培力水平向右，B正确；图C电流方向向上，磁场的方向垂直纸面向里，由左手定则可得安培力方向水平向左，C正确；图D电流方向水平向左，磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可知，安培力方向竖直向上，D错误．
2【答案】A
【解析】当两线圈电流相同时，表现为相互吸引，电流方向相反时，表现为相互排斥，故当天平示数为正时，两者相互排斥，电流方向相反，当天平示数为负时，两线圈相互吸引，电流方向相同，A正确，B错误；线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力是一对相互作用力，等大反向，C错误；静止时，线圈Ⅱ平衡，线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对平衡力，D错误．
3【答案】AC
【解析】导线与磁场方向平行时，导线受到的安培力为0，A正确；当导线与磁场方向垂直时，导线受到的安培力最大为BIL，C正确，B、D错误．
4【答案】D
【解析】由电流方向、受力方向，根据左手定则可以判断出，磁感应强度的方向沿y轴的负方向，或者沿x轴的负方向都是可能的，故D正确．
5【答案】D
【解析】闭合开关S瞬间，由右手定则知螺线管右端为N极，左端为S极，螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方，由左手定则可知，导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里，D正确．
6【答案】C
【解析】据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为L等＝(2＋)l.据安培力公式得F＝BIL等＝(2＋)BIl，故A、B、D错误，C正确．
7【答案】C
【解析】A图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，A错误；B图中安培力的方向是垂直导线向下的，B错误；C图中安培力的方向是垂直导线向上的，C正确；D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，D错误．
8【答案】AB
【解析】要求直杆MN垂直纸面向外运动，把直杆所在处的磁场方向和直杆中电流画出来，根据左手定则分析得A、B正确，C、D错误．
9【答案】BC
【解析】将线圈看作由无数小段直导线组成，由左手定则可以判断，当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，A错误，B正确；当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，C正确，D错误．
10【答案】BC
【解析】因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力Fab＝BLabI，而bc边平行于磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误；cd边垂直于磁场，且长度最长，所以其受到的安培力最大，故B正确；ad边与cd边虽然长度相等，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场垂直，所以受到的安培力大小不相等，故C正确；ad边受到安培力作用，故D错误．
11【答案】BD
【解析】由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反．ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab边所处的磁场强，cd边所处的磁场弱，故Fab＞Fcd，线框所受合力方向向右．
12解：(1)ab棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin
60°＝BILcos
60°.
B＝＝
T≈1.73
T.
(2)ab棒对导轨的压力大小为
FN′＝FN＝＝
N＝6
N.
13【答案】A
【解析】半圆形导线所受的安培力等效于直径长的直导线所受的安培力，由左手定则可知，铜线所受安培力的方向向前，故选A.
14【答案】D
【解析】导线受到磁场力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上．导线在磁场内有效长度为＝5L，故该通电导线受到安培力大小为F＝5BIL,
D正确．
15【答案】D
【解析】设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为Fa＝BILa；Fb＝BILb＝BId；c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有Fc＝BId；因为La＞d，则有Fa＞Fb＝Fc.
16解：从b向a看金属棒受力分析如图所示．
(1)水平方向Ff＝F安sin
θ，
①
竖直方向FN＋F安cos
θ＝mg，
②
又F安＝BIL＝BL，
③
联立①②③得FN＝mg－，Ff＝.
(2)要使ab棒所受支持力为零，且让磁感应强度最小，可知安培力竖直向上，则有F安′＝mg，Bmin＝，根据左手定则判定磁场方向水平向右．
17解：(1)作出金属棒的受力图，如图．则有安培力
F＝mgsin
θ，
解得F＝0.5
N.
(2)根据安培力公式F＝BIL，得I＝＝1
A.
设滑动变阻器接入电路的阻值为R′，根据闭合电路欧姆定律E＝I(R′＋r)，
得R′＝－r＝8
Ω.