1.1磁场对通电导线的作用力同步测试卷——2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

1磁场对通电导线的作用力同步测试卷
一、单选题
1．如图所示，金属杆ab的质量为m、通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，平行导轨间的距离为L，金属杆ab静止且紧压在水平导轨上。若磁场方向与导轨平面成角，金属杆ab与水平导轨间动摩擦因数为μ，下列关于金属杆ab受力的说法正确的是（　　）
A．所受安培力的大小为 B．所受安培力的大小为BIL
C．所受摩擦力的大小为 D．所受摩擦力的大小为
2．在赤道附近沿东西方向放置一根导线。若导线中通以由东向西的电流，则它所受地磁场安培力的方向为（　　）
A．向上 B．向下 C．向南 D．向北
3．如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的N匝正方形线圈中通以电I流，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则（　　）
A．该磁场是匀强磁场 B．该线圈的磁通量为
C．a导线受到的安培力方向向下 D．b导线受到的安培力大小为
4．如图是两个有趣的实验，第一个实验叫“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，见图甲。第二个实验叫“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，见图乙。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，如果从上往下看，液体旋转方向为逆时针
B．图甲中，如果改变电流的方向，液体的旋转方向不变
C．图乙中，如果将水银换成酒精，依然可以观察到弹簣不断上下振动
D．图乙中，如果改变电流的方向，将观察不到弹簧不断上下振动
5．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线悬挂，金属棒中通有由M到N的恒定电流，现在空间中加一匀强磁场，要使金属棒静止且绝缘细线与竖直方向成角，则下列几种情况中磁感应强度最小的是（　　）
B．
C． D．
6．如图所示，a、b是两个相同的能在同一个光滑绝缘圆柱体上自由移动的轻质铝环。现将I1、I2两个大小不同的电流按图示方向分别通入a、b两个铝环，则两个铝环的运动情况是（　　）
A．都绕圆柱体运动
B．彼此相向运动，且具有大小相等的加速度
C．彼此相向运动，且电流大的加速度大
D．彼此背向运动，且电流大的加速度大
7．如图所示，“U”型导线框abcd固定并垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab垂直bc，bc垂直cd，已知，，导线通入恒定电流I时，导线框abcd受到的安培力大小为F，则（　　）
A． B． C． D．
8．如图所示，将一根直导线垂直于纸面放置在水平向右的匀强磁场中，导线中电流方向垂直纸面向里，则导线所受安培力的方向（　　）
A．竖直向上 B．竖直向下 C．水平向左 D．水平向右
9．为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨。电磁推进器用绝缘材料制成直海水导管，马蹄形超导线圈在通道内形成磁场，正、负电极与直流电源相连在海水中形成电流。装置的截面图如图所示，关于该电磁推进器说法正确的是（　　）
A．同等情况下装置在纯净的淡水湖中推进效果比在海水中好
B．同等情况下增加磁感应强度不能改变推进效果
C．图示中海水受到的磁场力方向垂直纸面向里
D．图示中推进器受到海水推力方向垂直纸面向里
10．超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪声新型船，如图所示是电磁船的简化原理图，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向里的匀强磁场（磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出），下列说法正确的是（　　）
A．使船前进的力，是磁场对海水的安培力
B．要使船前进，海水中的电流方向从CD板流向AB板
C．同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相反
D．船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关
二、多选题
11．如图所示，间距为L=0.3m的平行光滑金属导轨上端接有电动势E=3.0V，内阻r=1.0Ω的直流电源，导轨平面与水平面成θ=37°角，匀强磁场方向沿竖直方向，现把一质量为m=0.1kg，电阻为R=2.0Ω的金属棒ab垂直放在金属导轨上，使金属棒与导轨保持良好接触，金属棒恰好静止。已知g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则（　　）
A．金属棒ab的发热功率为3.0W
B．磁感应强度大小为2.5T
C．磁场方向竖直向上
D．若改变磁场方向，仍使金属棒静止在导轨上，磁感应强度的最小值为2.0T
12．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入，通过弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与电流I成正比。通电的弹体在安培力的作用下滑行L后离开轨道，则下列说法正确的是（　　）
A．弹体向左高速弹出
B．I变为原来的2倍时，弹体射出的速度也变为原来的2倍
C．弹体的质量变为原来的2倍时，射出的速度也变为原来的2倍
D．L变为原来的4倍时，弹体射出的速度变为原来的2倍
13．如图甲所示为电流天平，此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。它的横臂（图乙）能绕转轴自由转动，轴的两侧臂长度相等。在轴的右侧，沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线，天平最右端导线的长度为l。先调整天平处于平衡，把U形导线端放入待测的磁场中（如图丙所示），给U形导线和螺线管分别通以大小为I和。的电流。段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜，在天平的另一端可以加适当的砝码，使天平恢复平衡。设当地重力加速度。则下列说法正确的是（　　）
A．若在电流天平的左端增加的砝码质量为m，则长螺线管内部的磁感应强度B为
B．若螺线管内部的磁感应强度，则在螺线管内部与螺线管轴线平行的一条通电导线所受安培力为0
C．若螺线管内部的磁感应强度，段导线的长度为，U形导线通电电流，为使天平保持平衡，应在左端悬挂的砝码
D．假如使通过段导线的电流反向，仍可以通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度
14．两根互相平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上导体棒ab和cd可以自由滑动。当ab在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是（　　）
A．cd内有电流通过，方向是d→c
B．cd中有电流通过，方向是c→d
C．磁场对cd的作用力向左
D．磁场对ab的作用力向左
15．A、B、C三根通电长直导线均水平固定，导线通人的恒定电流大小相等，方向如图所示，其中导线A、B垂直纸面且在同一水平面上，导线C在导线A的正下方。则下列说法正确的是（　　）
A．导线B对导线A的安培力方向竖直向上
B．导线C对导线A的安培力方向竖直向下
C．若解除导线C的固定，则其仍可能处于静止状态
D．若把导线C固定在导线A和导线B连线的中点，则导线C受到的安培力方向水平向左
三、解答题
16．某电子天平原理如图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间磁感应强度的大小均为B，磁极宽度均为L。忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C、D与外电路连接、当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动（骨架与磁极不接触），随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止。此时根据对应的供电电流I，可确定重物的质量。已知线圈匝数为n，线圈电阻为R，重力加速度为g。
（1）供电电流I是从C端，还是从D端流入；
（2）求重物质量与电流的关系。
17．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示。1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度为2km/s）。若轨道宽2m，长为10m，通过的电流为10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度是多少（轨道摩擦不计）？
18．电磁弹射器是航空母舰上的一种舰载机起飞装置，如图所示，飞机前轮下连有一牵引杆，起飞前牵引杆伸出至上下导轨之间，储能装置提供瞬发能量，强大的电流从导轨流经牵引杆，牵引杆在安培力作用下带动飞机运行至高速。
（1）请判断图中电磁弹射器工作时磁场的方向。
（2）请根据上述信息，自设物理量，推导出飞机从静止、加速到起飞，起飞轨道至少需要多长。
1磁场对通电导线的作用力同步测试卷参考答案
1．B
【详解】
AB．由题意可知磁感应强度与金属杆垂直，所以金属杆所受安培力的大小为
故A错误，B正确；
CD．金属杆受力分析如图所示，根据平衡条件可得其所受摩擦力的大小为
故CD错误。
故选B。
2．B
【详解】
因为赤道上方的磁场方向平行地面由南向北，当导线中通以由东向西的电流，根据左手定则，导体所受安培力的方向向下。
故选B。
3．D
【详解】
A．该磁场不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；
B．线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；
C．a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；
D．导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为
F安=NILB
故D正确。
故选D。
4．A
【详解】
A．根据图甲中电源的正负极判断在液体中形成的电流方向为正极导线指向负极导线，磁场方向从下向上，根据左手定则可知，从上往下看，液体沿逆时针方向旋转，A正确；
B．如果改变电源的正负极，液体中电流的方向反向，磁感线方向不变，则安培力方向改变，所以液体的旋转方向改变，B错误；
C．图乙中给装置通电，弹簧中每一圈的电流方向相同，因为同向电流相互吸引，所以弹簧缩短，脱离水银液面，弹簧中无电流，再次落下与水银接触，从而使弹簧上下振动；纯酒精不导电，所以接通电源后，弹簧中无电流，不会上下振动，C错误；
D．如果改变电流的方向，根据C选项分析可知依然可以观察到弹簧不断上下振动，D错误。
故选A。
5．A
【详解】
A图中，根据平衡条件可得
解得，磁感应强度大小应为
B图中，根据左手定则判断，安培力竖直向上，根据平衡条件可知必须满足
可得
C图中，根据平衡条件和几何关系可得，
解得，磁感应强度大小
D图中，金属棒所受安培力竖直向下，无法使金属棒保持平衡。由以上分析可知磁感应强度最小的是A图。
故选A。
6．B
【详解】
根据电流间相互作用规律“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，两圆环应相互吸引，即彼此相向运动，根据牛顿第二和第三定律可知，加速度大小相等，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．C
【详解】
因ab边和cd边受安培力等大反向，则导线框abcd受到的安培力大小等于bc边受安培力大小，即
故选C。
8．B
【详解】
由左手定则：磁场方向穿过掌心，四指方向指向电流方向，那么，安培力方向沿大拇指所指方向，所以，安培力方向竖直向下，故B正确，ACD错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．海水导电效果好于淡水，同等条件下电流大的推进效果好，故A错误；
B．磁场力与磁感应强度成正比，增加磁感应强度可以增强推进效果，故B错误；
C．根据左手定则，磁场力垂直纸面向里，故C正确；
D．根据牛顿第三定律，推进器受到的海水推力方向向外，故D错误。
故选C。
10．D
【详解】
A．使船前进的力，是海水对超导线圈的作用力，A错误；
B．若海水的电流方向从AB板流向CD板，根据左手定则，海水所受的安培力向后。根据牛顿第三定律，海水对船的磁场力向前，使船前进。故B错误；
C．仅改变超导线圈中电流的方向或者电源正负极，就可以改变海水对超导线圈的磁场力的方向，即推进力方向将与原方向相反，C错误；
D．根据 ，船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关，D正确。
故选D。
11．BCD
【详解】
A．根据闭合电路欧姆定律可知，电流
金属棒的发热功率为
A错误；
C．根据受力平衡可知，安培力方向水平向右，则磁场方向竖直向上，C正确；
B．对金属棒进行受力分析可得
解得
选项B正确；
D．改变磁场方向，仍使金属棒静止在导轨上，磁感应强度最小时磁场的方向应垂直导轨向上，此时有
解得
选项D正确。
故选BCD。
12．BD
【详解】
A．根据安培定则可知，弹体处的磁场方向垂直于轨道平面向里，再利用左手定则可知，弹体受到的安培力水平向右，所以弹体向右高速射出，选项A错误；
BCD．设
B=kI
（其中k为比例系数），轨道间距为l，弹体的质量为m，射出时的速度为v，则安培力为
F=BIl=kI2l
根据动能定理有
FL=mv2
联立可得
则I变为原来的2倍时，弹体射出的速度也变为原来的2倍；弹体的质量变为原来的2倍时，射出的速度也变为原来的倍；L变为原来的4倍时，弹体射出的速度变为原来的2倍。
选项C错误，BD正确。
故选BD。
13．AB
【详解】
A．当电流天平两端平衡时，由于力臂相等，两端的受力相等，则有
故A正确；
B．螺线管内部的磁场方向平行于螺线管，对同样平行的导线没有力的作用，故B正确；
C．根据
解得加
故C错误；
D．当段导线电流反向时，根据左手定则，安培力变为向上，则不能通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度，故D错误。
故选AB。
14．AD
【详解】
AB．由题意知，ab在外力F作用下向右做切割磁感线运动，根据右手定则判断可知ab内电流的方向是b→a，则cd中的电流方向为d→c， B错误A正确；
CD．由左手定则判断可知，cd受到的安培力向右，ab受到的安培力向左， C错误D正确。
故选AD。
15．BD
【详解】
A．异向电流相互排斥，导线B对导线A的安培力方向水平向左，A错误；
B．同向电流相互吸引，导线C对导线A的安培力方向竖直向下，B正确；
C．若解除导线C的固定，导线A对导线C的安培力和C受到的重力都在竖直方向上，而导线B对导线C的安培力方向不在竖直方向上，故导线C受到的合力不可能为0，C错误；
D．若把导线C固定在导线A和导线B连线的中点，则导线C受到导线A、B的安培力方向均水平向左，D正确。
故选BD。
16．(1)从D端流入；(2)
【详解】
(1)设线圈受到的安培力为F，据左手定则知外加电流从D端流入；
(2)由
和
得
17．110T
【详解】
由运动学公式
可得弹体的加速度为
弹体受到的安培力为
由牛顿第二定律可得
解得
B=110T
18．(1)竖直向上；(2)
【详解】
(1)由左手定则得，电磁弹射器工作时磁场方向竖直向上。
(2)设下导轨宽为，匀强磁场，电流是，飞机总质量，起飞速度为，取，不计摩擦及空气阻力，则牵引杆受到的安培力
解得
根据速度位移公式得
解得
试卷第1页，共3页