1.1磁场对通电导线的作用力课后练习-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）

1.1磁场对通电导线的作用力
一、选择题（共15题）
1．同一通电直导线，按四种方式放在同一匀强磁场中，如图通电导线受到安培力最大的是（　　）
A． B．
C． D．
2．如图所示，两个完全相同的轻质铝环、能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两个铝环中，则两个铝环的运动情况是（　　）
A．彼此靠近，且加速度大小相等 B．彼此靠近，且加速度大小不相等
C．彼此远离，且加速度大小相等 D．彼此远离，且加速度大小不相等
3．如图所示，为放置在光滑水平桌面上且被固定不动的长直导线，在它右侧有一根处在桌面上可以自由移动的短导线，两者恰好垂直，若两根导线通以图示方向的电流时，导线运动的情况是（ ）．
A．向上运动
B．向下运动
C．将会顺时针转动同时远离导线
D．将会逆时针转动，同时靠近导线
4．通电直导线放在匀强磁场中，磁感应强度B的方向如图所示．“”表示导线中电流I的方向垂直于纸面向里，“⊙”表示导线中电流I的方向垂直于纸面向外．图中标出了导线所受安培力F的方向，其中正确的是
A． B．
C． D．
5．如图所示，将一个半径为R的导电金属半圆环串联接入电路中，电路的电流强度为I，接入点a、b是圆环直径上的两个端点。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中，场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环ab受到的安培力为（ ）
A．0 B．πRBI
C．2πRBI D．2RBI
6．如图甲所示为某型号电磁推进试验舰艇，船体下部的大洞使海水前后贯通．舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，船因此前进．要使图乙中的舰艇向右前进，则所加磁场的方向应为
A．水平向左 B．水平向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
7．下列说法正确的是（ ）
A．将通电直导线放在某处，若通电直导线所受安培力为零，则该处的磁感应强度为零
B．磁场中某点的磁场方向，与放在该点的极短的通电导线所受安培力的方向可以成任意夹角
C．磁场中某点的磁场方向，与放在该点的小磁针北极受到的磁场力的方向相同
D．给两平行直导线通以方向相反的电流时，两通电导线通过磁场相互吸引
8．通电的等腰梯形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行．下列关于通电直导线MN的磁场对线框作用的(　　)
A．线框所受安培力的合力为零
B．线框有两条边所受的安培力方向相同
C．线框有两条边所受的安培力大小相同
D．线框在安培力作用下一定有向右的运动趋势
9．下图中标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是（　　）
A． B．C． D．
10．把一根通电的硬直导线放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图所示，导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a向b。下列说法正确的是（　　）
A．从上往下看导线顺时针旋转同时向上移动
B．从上往下看导线逆时针旋转同时向下移动
C．虚线框内产生图示弧形磁感线的磁场源不可能是蹄形磁铁
D．虚线框内产生图示弧形磁感线的磁场源可能是条形磁体，通电螺线管，直线电流等
11．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，取重力加速度为g。整个装置处于匀强磁场中，在导体棒中通以垂直纸面向外的恒定电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，且匀强磁场的磁感应强度取最小值，则关于磁感应强度B的大小和方向，下列说法正确的是
A．大小为，方向为水平向右 B．大小为 ，方向为竖直向下
C．大小为 ，方向为垂直斜面向下 D．大小为，方向为沿着斜面向上
12．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．
13．电磁炮是目前许多国家热衷发展的一种新式武器，其工作原理如图所示。当两平行导轨接入电源时，强电流从一导轨流入，经滑块（炮弹）从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，磁感应强度大小与电流成正比。通有电流的滑块在安培力的作用下加速一段距离后，炮弹会以很大的动能射出。关于电磁炮，下列说法正确的是（　　）
A．当水平放置的平行导轨通有如图所示的电流时，导轨间的磁场方向竖直向下
B．当回路中电流一定时，炮弹将做匀加速直线运动
C．若只将电流增大2倍，炮弹射出的动能也会增大2倍
D．若只将导轨长度增大2倍，炮弹射出的动能会增大2倍
14．一电流为I的通电直导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，则下列说法正确的是（　　）
A．I、B、F三者的方向一定互相垂直
B．若I、B的方向确定，则F的方向唯一
C．若B、F的方向确定，则I的方向唯一
D．若B、F的方向确定，则I的方向不唯一，但I一定在与F垂直的平面内
15．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在它的正中央上方固定一直导线，导线与磁铁垂直，若给导线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．桌面对磁铁没有摩擦力
D．磁铁所受的合力不变
二、填空题
16．当磁场的方向和导体中的电流方向_____时，通电导体所受到的安培力最大．
17．如图所示，相距为d、倾角为α的光滑平行导轨（电源E、内阻r和电阻R已知），处于竖直向上的匀强磁场B中，一质量为m的导体杆恰处于水平平衡状态，则该磁场的B大小为________；当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，则B的大小应____________（填如何变化）
18．垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长，电流强度，若它所受的磁场力，则该磁场的磁感应强度__________；若导线平行磁场方向放置，磁感应强度________；若将该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度________。
19．在赤道附近的地磁场可看做是由南向北的匀强磁场，磁感应强度的大小是0.5×10-4T．如果赤道上有一根沿东西方向的直导线，长20m，通有从东向西的电流，电流强度为30A，则地磁场对这根导线的作用力大小为 ______ N，方向 ______ （填“竖直向上”或“竖直向下”）．
三、综合题
20．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，求此时金属 棒受到的安培力F的大小；
（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。
21．质量为m=0.04kg的导电细杆ab置于倾角为θ=30°的平行放置的光滑导轨上，导轨宽为d=0.4m，杆ab与导轨垂直，如图所示，匀强磁场垂直导轨平面且方向向下，磁感应强度为B=1T。已知电源电动势E=1.5V，内阻r=0.2Ω，导轨和细杆的电阻均忽略不计，g取10m/s2。试求当电阻R取值为多少时，释放细杆后杆ab保持静止不动。
22．如图甲所示，两光滑平行金属导轨间距为L，金属导轨所在的平面与水平面夹角为，导体棒与导轨垂直并接触良好，质量为，长度为，通过的电流为（）。
(1)沿棒方向观察，如图乙所示，为使导体棒保持静止，施加竖直向上的匀强磁场，求磁感应强度B的大小；
(2)若只改变磁场，且保持磁场的方向始终在与棒垂直的平面内，欲使导体棒保持静止。求：
①磁场方向变化的范围（取水平向右为起点，用角度表示）；
②磁感应强度B的最小值及方向。
23．水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L＝1m，M和P之间接入电动势为E＝10V的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m＝1kg、电阻为R＝2Ω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＝0.5T，方向与水平面夹角为θ＝37°且指向右斜上方，如图所示。问：
（1）当ab棒静止时，ab棒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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
根据安培力公式
可知通电导线受到安培力最大的是B项，故选B。
2．C
【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，两圆环应相互排斥，即彼此远离运动，再根据牛顿第二定律和牛顿第三定律可知，两圆环的加速度大小相等，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．C
【详解】
根据右手定则可知，AB在右侧产生的磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则可以判断，CD受力向上，但由于靠近AB端受力更大，所以CD会顺时针转动，当转过90度时，电流方向相反，根据反向电流相互排斥可知，CD会远离AB，故将会顺时针转动同时远离导线。
A. 向上运动与分析不符，故A错误。
B. 向下运动与分析不符，故B错误。
C. 将会顺时针转动同时远离导线与分析相符，故C正确。
D. 将会逆时针转动，同时靠近导线与分析不符，故D错误。
4．B
【详解】
A、安培力方向竖直向上，B、安培力方向竖直向上，C、安培力方向竖直向下，D、不受安培力，故选B
5．D
【详解】
金属环在磁场中的有效长度为2R，故金属圆环ab受到的安培力为
故选D。
6．C
【详解】
海水中电流方向从M流向N，船向右运动，则船受到海水对船的作用力向右，根据牛顿第三定律可知，海水所受的安培力方向向左，再根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向外．
A．水平向左，与结论不相符，选项A错误；
B．水平向右，与结论不相符，选项B错误；
C．垂直纸面向外，与结论相符，选项C正确；
D．垂直纸面向里，与结论不相符，选项D错误；
7．C
【详解】
A．当通电直导线和磁场方向平行放置时，不受安培力作用，所以不能说若通电直导线所受安培力为零，则该处的磁感应强度为零，A错误；
B．根据左手定则，磁场方向和安培力方向垂直，B错误；
C．小磁针北极受到的磁场力的方向就是该点磁场方向，C正确；
D．当通以相反方向的电流时，它们相互排斥，D错误；
故选C。
8．C
【详解】
直导线中的电流方向由N到M，根据安培定则，导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则，ab边受向左的安培力，cd边受到向右的安培力，ad边受到斜向左下方的安培力，bc受到左上方安培力，四个边所受的安培力的合力不为零，其中bc边和ad边所受的安培力大小相同，故AB错误，C正确；离MN越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力公式F=BIL，cd边受到的安培力小于ab边、bc边和ad边受到的安培力的矢量和，则线框在安培力作用下一定有向左的运动趋势，故D错误．
9．C
【详解】
A．由左手定则可知，通电直导线所受安培力的方向竖直向上，故A错误；
B．由图可知，磁感应强度B与电流I平行，导线不受安培力，故B错误；
C．由左手定则可知，通电直导线所受安培力的方向竖直向下，故C正确；
D．由左手定则可知，通电直导线所受安培力的方向垂直纸面向外，故D错误。
故选C。
10．D
【详解】
AB．由图示可知左侧导体所处的磁场方向斜向下，右侧导体所处的磁场斜向上，则由左手定则可知，左侧导体受力方向向里，右侧导体受力方向向外，故从上向下看，直导线应为顺时针转动；当导体转过90°时，由左手定则可得导体受力向下，故可得出导体运动为顺时针转动的同时还要向下运动，故AB错误；
CD．磁感线方向从右向左，呈弧线分布，可能由水平放置的条形磁铁提供磁场，条形磁铁的右端为N极，左端为S极；也可能由竖直放置的蹄形磁铁提供，蹄形磁体左端为S极，右端为N极；也可能是由水平放置的通电螺线管提供，通电螺旋管左端为S极，右端为N极；也可能由电流方向垂直纸面向外的直线电流提供，故C错误，D正确；
故选D。
11．C
【详解】
对导体棒受力分析，受重力mg、支持力FN和安培力FA，三力平衡，合力为零，将支持力FN和安培力FA合成，合力与重力相平衡，如图，当安培力平行斜面向上是，安培力最小，由公式可知，此时磁感应强度最小，由平衡可得
得
由左手定则可知，磁场方向为垂直斜面向下。
故选C。
12．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。
13．BD
【详解】
A．根据安培定则可知，导轨上的电流在导轨平面产生的磁场方向向上，A错误；
B．炮弹在安培力的作用下运动，回路中电流一定，磁感应强度一定，根据牛顿第二定律
可知加速度恒定，所以炮弹做匀加速直线运动，B正确；
C．若只将电流增大2倍，磁感应强度也增大2倍，根据动能定理
可知动能变为原来的4倍，C错误；
D．若只将导轨长度增大2倍，根据动能定理可知炮弹射出的动能会变为原来的2倍，D正确。
故选BD。
14．BD
【详解】
A．根据左手定则可知，F与B的方向垂直，与I的方向垂直，所以F一定垂直于B和I所在的平面，但B不一定垂直于I，A错误；
B．当I、B的方向确定时，因F垂直于B和I所在的平面。所以F的方向唯一，B正确；
CD．当B、F的方向确定时，F垂直于B和I所在的平面，I的方向不唯一，但I一定在与F垂直的平面内，D正确，C错误。
故选BD。
15．ACD
【详解】
ABC． 磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中央上方，所以此处的磁感线是水平的，电流的方向垂直与纸面向里，根据左手定则，导线受磁铁给的"安培力"方向竖直向上，如下图所示
长直导线是固定不动的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的﹔因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力，压力是增大的﹔因为这两个力的方向都是竖直向下的，所以磁铁不会发生相对运动，也就不会产生摩擦力，故AC正确，B错误；
D．磁铁处于静止状态，则所受的合力不变，故D正确。
故选ACD。
16．垂直
【详解】
试题分析：当导线的方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，最小．当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大，为F=BIL．
解：当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大，为F=BIL．
故本题答案为：垂直．
17． mg（R+r）tan α/Ed； 先变小再变大
【详解】
由平衡条件可知，对ab棒：Fcosα=mgsinα；
F=BId；
联立解得B=mg（R+r）tan α/Ed
当B由竖直向上逐渐变成水平向左时，安培力的方向开始时竖直向上，安培力与斜面的支持力的合力与重力等大反向，则根据平行四边形法则可判断，当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，安培力先减小后增加，则B先减小后增加.
18．
【详解】
由安培力公式可得
若导线平行磁场方向放置，磁感应强度不变，仍为0.5T。
若将该导线的长度和电流都减小一半，该处的磁感应强度不变，仍为0.5T。
19． 3×10-2； 竖直向下
【详解】
安培力的公式可得：F=BIL=0.50×10-4×20×30N=3×10-2N；
从东向西的电流，由南向北的匀强磁场，根据左手定则可知，安培力的方向竖直向下；
点睛：本题是安培力的分析和计算问题．安培力大小的一般计算公式是F=BILsinα，α是导体与磁场的夹角，当B、I、L互相垂直的时候安培力最大为F=BIL．
20．（1）0.16N（2）2.5A
【详解】
（1）根据安培力公式F=BIL有
F=0.40×2.0×0.20N=0.16N
（2）当细线对金属棒的拉力恰好为零，有F=mg
则
21．
【详解】
由题图可知ab中电流方向为a→b，根据左手定则可知ab所受安培力沿轨道向上。当ab保持静止不动时，设ab所受安培力大小为F，通过ab的电流为I，根据平衡条件以及安培力公式有
①
根据闭合电路欧姆定律有
②
联立①②解得
22．(1)2T；(2)磁感应强度B方向；1.6T，方向垂直于导轨平面向上
【详解】
(1)受力分析如图示
①
(2)①由于G不变，N方向不变，若保持导体棒静止则导体棒合力为零：即与G和N合力二力平衡．如图所示：
据左手定则可得
磁感应强度B方向。
②据矢量三角形知：当垂直N时，安培力最小．
②
③
，方向垂直于导轨平面向上。
其他正确解法同样得分．
23．（1）8N，1.5N；（2）2T，方向应水平向右
【详解】
（1）根据左手定则可知，棒ab所受的安培力方向垂直于棒斜向作上方，其受力截面图为
联立解得
故当ab棒静止时，ab棒受到的支持力为8N，摩擦力为1.5N；
（2）要使ab棒受的支持力为零，其静摩擦力必然为零，根据（1）问中受力图可知：满足上述条件的最小安培力应与ab棒的重力大小相等、方向相反，所以有
即
解得最小磁感应强度
由左手定则判断出这种情况B的方向应水平向右，故要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少2T，方向应水平向右。