1.1安培力 同步作业（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
1.1安培力 同步作业（解析版）
1．如图，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，给导线中通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法正确的是（ ）
A．磁铁对桌面的压力增大 B．磁铁对桌面的压力减小
C．磁铁对桌面的压力不变 D．磁铁对桌面有摩擦力
2．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
3．如图所示，两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为l，与电动势为E、内阻不计的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面的夹角为θ，回路其余电阻不计。为使ab棒静止，需在空间施加一匀强磁场，其磁感应强度的最小值及方向分别为（　　）
A．，水平向右 B．，垂直于回路平面向上
C．，竖直向下 D．，垂直于回路平面向下
4．下列各等式成立的是（　　）
A．1T=1Wbm2 B．1N=1TAm C．1J=1W/s D．1A=1Cs
5．实验是物理学研究问题的重要方法，下列有关实验的说法中正确的是（　　）
A．图1为卡文迪许扭秤，卡文迪许用其测出了引力常量
B．图2所示的实验，目的是探究平行板电容器电容与其两极板间距离的关系
C．图3所示的实验，只能探究磁场中通电导线所受磁场力与电流大小的关系
D．图4所示的实验，证明了磁场中是存在磁感线的
6．如图所示，用导线构成两个相同的线框（电阻分布均匀）。若给空间施加一匀强磁场B时，左导线框的a导线受到的安培力为F。若不考虑电源内阻，除导线框外的电阻不计，现将电动势提高到原来的两倍，B提高到原来的两倍，则a、b、c、d的合安培力为（　　）
A．16F B．8F C．F D．F
7．如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下向a运动。则a、b的电流方向是（　　）
A．均向左 B．均向右
C．a的向左，b的向右 D．a的向右，b的向左
8．如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为，质量为的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，则外加匀强磁场的磁感应强度的大小和方向可以是（　　）
A．，方向垂直斜面向下
B．方向竖直向下
C．，方向水平向左
D．，方向水平向右
9．某同学自制一电流表，其原理如图所示。质量为m的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连，弹簧的劲度系数为k，在矩形区域abcd内有匀强磁场，ab=L1，bc=L2，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。MN的右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻度。MN的长度大于ab，当MN中没有电流通过且处于静止时，MN与矩形区域的ab边重合，且指针指在标尺的零刻度；当MN中有电流时，指针示数可表示电流强度。MN始终在纸面内且保持水平，重力加速度为g。下列说法中正确的是（ 　　）
A．当电流表的示数为零时，弹簧的长度为
B．标尺上的电流刻度是均匀的
C．为使电流表正常工作，流过金属杆的电流方向为N→M
D．电流表的量程为
10．如图所示，三根长为L的直线电流在空间构成以A为顶点的等腰直角三角形，其中A、B电流的方向垂直纸面向里，C电流方向垂直纸面向外，其中B、C电流大小为I，在A处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线A通过的电流大小为2I，则导线A受到的安培力是（ ）
A．2B0IL，竖直向上 B．2B0IL，水平向右
C．2B0IL，竖直向上 D．2B0IL，水平向右
11．下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
12．下面有关磁场中某点的磁感应强度方向的说法中，错误的是（　　）
A．磁感应强度的方向就是通电导体在该点的受力方向
B．磁感应强度的方向就是通过该点的磁感线的切线方向
C．磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
D．磁感应强度的方向就是小磁针北极在该点的受力方向
13．如图所示，在平面直角坐标系的第一象限内分布着非匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，沿y轴方向磁场分布是均匀的，沿x轴方向磁感应强度与x满足关系式B＝kx，其中k是一恒定的正数。由粗细均匀的同种规格导线制成的正方形线框ADCF边长为a，A处有一极小开口AE，整个线框放在磁场中，且AD边与y轴平行，AD边与y轴的距离为a，线框A、E两点与一电源相连，稳定时流入线框的电流为I，关于线框受到的安培力，下列说法正确的是（　　）
A．整个线框受到的合力方向与DF连线垂直
B．整个线框沿y轴方向所受合力为0
C．整个线框在x轴方向所受合力为ka2I，沿x轴正方向
D．整个线框在x轴方向所受合力为ka2I，沿x轴正方向
14．如图所示，将四根通电直导线分别放在四个匀强磁场中，图中给出了磁感强度B的方向、导线中电流I的方向，某同学分别画出了通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是
A． B． C．D．
15．如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时弹簧为原长，磁铁保持静止。若在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流时（　　）
A．弹簧将被压缩 B．磁铁对地面的压力将减小
C．磁铁对地面的压力将增大 D．弹簧将被拉伸
16．如图所示，在一个范围足够大、磁感应强度B=0.40T的水平匀强磁场中，用绝缘细线将金属棒吊起使其呈水平静止状态，且金属棒与磁场方向垂直。已知金属棒长L=0.20m，质量m=0.020kg，取g=10m/s2。
(1)若棒中通有I=2.0A的向左的电流，求此时每根绳所受的拉力大小；
(2)改变通过金属棒的电流大小，若细线拉力恰好为零，求此时棒中通有电流的大小；
(3)若棒中通有I=2.0A的向右的电流，求此时每根绳所受的拉力大小。
17．如图所示，将长为L=50cm、质量为m=10 g的均匀金属棒ab的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态，位于垂直纸面向里的匀强磁场中，当金属棒中通以I1=0.4A的电流时，弹簧恰好不伸长，求：(取g＝10m/s2)
(1)匀强磁场中磁感应强度是多大？
(2)当金属棒通以I2=0.2A由a到b的电流时，弹簧伸长x=1cm，则弹簧的劲度系数是多少？
参考答案
1．A
【详解】
根据条形磁铁的磁场特点，通电直导线所在位置处的磁场方向为水平向左，根据左手定则判断通电直导线受到竖直向上的安培力，安培力的施力物体为磁铁，根据牛顿第三定律，通电直导线对磁铁的作用力向下，所以磁铁对桌面的压力增大了，由于磁铁静止在水平桌面上，磁铁不受摩擦力，即桌面对磁铁没有摩擦力。
故选A。
2．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。
3．D
【详解】
以导体棒为研究对象，受力分析如图所示
由金属棒ab受力分析可知，为使ab棒静止，ab受到沿斜面向上的安培力作用时，安培力最小，此时对应的磁感应强度也就最小，由左手定则可知此时磁场方向垂直于回路平面向下，再由平衡关系可知
IlB＝mgsin θ
其中
可得磁感应强度
故选D。
4．B
【详解】
A．由可得
1T=1Wb/m2
A错误；
B．由可得
1N=1TAm
B正确；
C．由可得
1J=1Ws
C错误；
D．由可得
1A=1C/s
D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．图1是库仑扭秤，故A错误；
B．图2所示的实验，改变两板的间距，目的是探究平行板电容器电容与其两极板间距离的关系，故B正确；
C．图3所示的实验，能探究磁场中通电导线所受磁场力与电流大小的关系，也能探究磁场中通电导线所受磁场力与磁场大小的关系，故C错误；
D．图4所示的实验，不能证明磁场中是存在磁感线的，因为磁感线并不存在，它只是假想的线，故D错误。
故选B。
6．A
【详解】
将电动势提高到原来的两倍，则通过每条导线的电流到原来的2倍，B提高到原来的两倍，根据F=BIL可知，每条导线受到的安培力变为原来的4倍，即4F；因a、b、c、d四条导线受安培力大小相等，方向相同，则四条导线的合安培力为16F。
故选A。
7．B
【详解】
由右手螺旋定则可知，若a、b两导线的电流方向均向右，则在矩形线框上、下边处产生的磁场方向分别为向里和向外，方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向分别向右和向左，由左手定则可知，矩形线框上、下边所受的安培力方向均向上，则线圈将向a运动。
故选B。
8．C
【详解】
A．磁场方向垂直斜面向下时，根据左手定则，安培力沿斜面向上，导体棒还受到重力和支持力，根据平衡条件和安培力公式，有
mgsin=BIL
解得
故A错误；
B．磁场竖直向下时，安培力水平向左，导体棒还受到重力和支持力，根据平衡条件和安培力公式，有
mgtan=BIL
解得
故B错误；
C．磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，与重力平衡，有
mg=BIL
解得
故C正确；
D．磁场方向水平向右时，安培力竖直向下，无法平衡，故D错误。
故选C．
9．B
【详解】
A．电流表示数为零时，金属杆不受安培力，金属杆在重力与弹簧弹力作用下处于平衡状态，由平衡条件得
解得
为弹簧伸长量，不是弹簧的长度，A错误；
B．当电流为I时，安培力为
静止时弹簧伸长量的增加量为，根据胡克定律
可得
故该电流表的刻度是均匀，B正确；
C．要使电流表正常工作，金属杆应向下移动，所受的安培力应向下，由左手定则知金属杆中的电流方向应从M至N，C错误；
D．设
则有
解得
故电流表的量程为，D错误；
故选B。
10．C
【详解】
B、C电流在A处产生的磁感应强度的大小均为，根据力的平行四边形定则，结合几何关系，则有A处的磁感应强度为
再由左手定则可知，安培力方向竖直向上，大小为
故选C。
11．C
【详解】
A．由左手定则可知磁场对通电直导线的作用力方向向右，故A错误；
B．由左手定则可知磁场对通电直导线的作用力方向向下，故B错误；
C．由左手定则可知磁场对通电直导线的作用力方向向下，故C正确；
D．电流方向与磁感应强度方向平行，磁场对通电直导线没有力的作用，故D错误。
故选C。
12．A
【详解】
A．根据左手定则，磁场的方向与通电导线所受安培力的方向垂直，A错误；
B．磁感应强度的方向就是通过该点的磁感线的切线方向，B正确；
C．磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，C正确；
D．在任何情况下，磁感应强度的方向就是小磁针的N极所受力的方向，D正确。
故选A。
13．BC
【详解】
CD.由题意可知AD边所处位置的磁感应强度B1＝ka，则AD边受到的安培力大小为
FAD＝B1Ia＝ka2I
根据左手定则知，方向沿x轴负方向，FC边所处位置的磁感应强度B2＝2ka，则FC边受到的安培力大小为
FFC＝B2Ia＝2ka2I
根据左手定则知，方向沿x轴正方向，则整个线框在x轴方向所受合力为
FFC－FAD＝ka2I
方向沿x轴正方向，故C正确，D错误；
B.沿y轴方向磁场分布是均匀的，可知DC边和EF边从左向右对应位置的磁感应强度都相同，又DC边和EF边的电流大小相同，方向相反，可知FDC＝FEF，整个线框沿y轴方向所受合力为FDC－FEF＝0，故B正确；
A.整个线框受到的合力大小为ka2I，方向沿x轴正方向，与AD、FC垂直，故A错误。
故选BC。
14．AD
【详解】
根据左手定值可知：
A．图A中的安培力应该垂直导体斜向上，故A正确；
B．图B中电流方向和磁场方向平行，不受安培力，故B错误；
C．图C中的安培力应该垂直磁感线竖直向上，故C错误；
D．图D中的安培力应该垂直于电流方向斜向下，故D正确．
故选AD。
15．AB
【详解】
导体棒所在处的磁场斜向右上方，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流时，根据左手定则可知受到安培力F斜向右下方由牛顿第三定律可知：磁铁受到斜向左上方的反作用力，水平分力会使磁铁向左运动挤压弹簧，弹簧将被压缩，竖直分力会使磁铁对地面的压力减小，AB正确，CD错误。
故选AB。
16．(1)0.02N；(2)2.5A；(3)0.18N
【详解】
(1)此时金属棒受到的安培力大小
F=BIL=0.16N
方向向上，由平衡条件可得
即
解得
(2)悬绳拉力恰好为零，金属棒沿竖直方向受重力和安培力，由金属棒静止可知安培力
所以此时金属棒中的电流
(3)若棒中通有I=2.0A的向右的电流，安培力方向向下，由平衡条件可得
解得
17．(1)；(2)
【详解】
（1）由题可知
F安=mg
即
代入数据解得
（2）当电流由时，金属棒的受力情况为
F安+2kx=mg
则
代入数据解得