1.1安培力 自主提升过关练-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册（word版含答案）

1.1安培力 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．如图所示，两平行金属导轨处于同一水平面内，在两导轨一端上放置一质量为m、长度为l的金属杆，两导轨的另一端与电源、滑动变阻器、电流表构成闭合回路。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成角斜向上。刚开始，滑动变阻器连入电路的电阻最大，静止在水平导轨上，调节滑动变阻器滑片的位置，发现当电流表的示数为I时，金属杆刚要开始滑动，已知金属杆与导导轨间的滑动摩擦力近似等于它们之间的最大静摩擦力，，。则金属杆与导轨间的动摩擦因数为（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示为研究磁场对电流作用的实验装置。一根质量为m的导体棒ab，用长为L的细导线悬挂在铁架台上，导体棒与电源、开关连接成闭合电路。开关闭合后再立刻断开，导体棒由静止向右摆出，摆到最大高度时，导线与竖直方向成角。则（　　）
A．导线中的电流方向由b指向a
B．仅互换磁极位置，同样实验操作，导体棒仍向右摆出
C．导体棒摆出时，电源为其提供的电能大于
D．导体棒摆到最大高度时重力势能的增加量等于
3．如图所示，正六边形线框abcdef由六根导体棒连接而成，固定于匀强磁场中的线框平面与磁场方向垂直，线框顶点a、b与电源两端相连，其中ab棒的电阻为5R，其余各棒的电阻均为R，电源内阻及导线电阻忽略不计。S闭合后，线框受到的安培力大小为F。若仅将ab棒移走，则余下线框受到的安培力大小为（　　）
A． B． C． D．
4．在“研究影响通电导体棒所受磁场力的因素”实验中，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导体棒摆开一定角度，如图所示。要使导体棒摆开的角度增大，以下操作可行的是（　　）
A．增加导体棒的质量 B．换成磁性较弱的磁铁
C．增大导体棒中的电流 D．改变导体棒中电流的方向
5．小明在课后用铜丝自制了一个“心”形的线圈，他把一节干电池的正极朝上放在一个强磁铁上，强磁铁的朝上，极朝下，然后把制成的线圈如图所示放在电池上，顶端搁在电池的正极，下部分和磁铁接触，忽略各接触面上的摩擦力，从上往下看，则：（ ）
A．线圈不会转 B．线圈做顺时针转动
C．线圈做逆时针转动 D．转动方向无法判断
6．如图，磁感应强度大小B=2T的匀强磁场，方向垂直纸面向外，一根长为0.2m的直导线垂直磁场方向放置。当导线通有I=0.5A的电流时，导线所受安培力的大小和方向分别为（　　）
A．0.2N，水平向左 B．0.2N，水平向右
C．1.0N，水平向左 D．1.0N，水平向右
7．如图所示，一通电直导线在竖直向上的匀强磁场中静止于固定的光滑斜面上，电流方向垂直纸面向外。保持磁感应强度大小不变，仅把磁场方向按顺时针逐渐旋转，直至垂直斜面向上，若要通电导线始终保持静止，则应控制导线内的电流（　　）
A．逐渐减小 B．逐渐增大
C．先减小后增大 D．先增大后减小再增大
8．如图所示， 两根平行直导轨MN、PQ固定在同一水平面内，间距为L。导轨的左端接有电源E和开关S，导体棒ab垂直于导轨放置。空间存在斜向右上方的匀强磁场，其方向与轨道平面成θ角，且与导体棒ab垂直。闭合开关S，导体棒ab仍保持静止。已知通过导体棒的电流为I，则闭合开关S后，下列说法正确的是（　　）
A．导体棒所受的安培力等于，方向水平向左
B．导体棒所受的安培力等于，方向水平向右
C．导体棒所受的摩擦力等于，方向水平向左
D．导体棒所受的摩擦力等于，方向水平向右
9．如图，等边三角形线框由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点与直流电源两端相接，已知导体棒受到的安培力大小为，则线框受的安培力的大小为（　　）
A． B． C． D．0
10．如题图所示，纸面内有一半径为R的单匝环形闭合线圈，线圈中通有恒定电流I，整个环形线圈处于垂直纸面的匀强磁场中（图中未画出），磁感应强度大小为B．则该环形线圈所受磁场作用力大小为（　　）
A． B． C． D．0
11．如题图所示，间距为d、倾角为的固定光滑平行斜轨处于匀强磁场中（图中未画出），一质量为m、长为d的导体棒垂直导轨放置且处于静止状态。已知通过导体棒的恒定电流大小为I，重力加速度为g，则匀强磁场的磁感应强度大小不可能为（　　）
A． B． C． D．
12．匀强磁场垂直纸面向内，纸面内有一通电导体棒，电流方向如图所示．保持电流大小不变，以导体棒的中点为转轴，在纸面内逆时针转过的过程中，导体棒所受的安培力大小（　　）
A．不变 B．一直变大
C．先变大后变小 D．先变小后变大
13．如图所示，导轨与水平面成=37°角，导轨宽度为L=1m，匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上（未画出），磁感应强度大小为B=1T，金属杆的质量为m=0.1kg，长为L=1m，电阻R=1水平放置在导轨上。已知电源的电动势为E=3V、内阻为r=1，金属杆与导轨间动摩擦因数=0.5，调节滑动变阻器R0使金属杆处于静止状态（重力加速度为g=10m/s2，导轨电阻不计）。则（　　）
A．滑动变阻器串入电路中的最小电阻为1
B．当滑动变阻器串入电路中的电阻为2时金属杆受到的摩擦力为零
C．滑动变阻器串入电路中的最大电阻为13
D．当滑动变阻器串入电路中的电阻为4时，金属杆受到的摩擦力为0.1N方向沿斜面向下
14．如图所示，水平导轨间距为d，在导轨中接有电源E和定值电阻R，导轨上固定了三根用同种材料制成的粗细相同的导体棒a、b、c，其中a为长度La=d的直导体棒并垂直导轨放置，b为长度为Lb=2d的倾斜直导体棒，c为长度Lc=2d的弯曲导体棒，其固定在导轨上的两个端点M、N间的距离为d，导轨电阻不计。现将装置于垂直纸面向外的与强磁场中，接通电源后，三根导体棒受到的安培力的大小关系正确的是（　　）
A． B． C． D．
15．在如图所示的电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线与之间的安培力的大小分别为、，可判断这两段导线（　　）
A．相互吸引 B．相互排斥 C． D．
二、解答题
16．如图所示，用两根等长的轻质细导线将质量为、长为的导体棒悬挂在c、d两点，并置于竖直方向的匀强磁场中．当导体棒中通以由a到b的电流后，棒可静止在图示位置，两导线偏离竖直方向角。重力加速度。求：
（1）磁感应强度B和每根细导线上的拉力大小F；
（2）若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在图示位置时，则磁感应强度的最小值和对应的方向。
17．如图所示，在水平放置的光滑平行导轨一端架着一根质量m=0.04kg的金属棒ab，导轨另一端通过开关与电源相连。该装置放在高h=20cm的绝缘垫块上。当有竖直向下的匀强磁场时，接通开关金属棒ab会被抛到距导轨右端水平位移s=100cm处。试求开关接通后安培力对金属棒做的功。（g取10m/s2）
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参考答案
1．D
【解析】
【详解】
如图所示，根据左手定则可知ab所受安培力方向与竖直方向夹角为θ，对ab根据平衡条件有
解得
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
A．导体棒由静止向右摆出，则受到的安培力向右，根据左手定则可以判断，导线中的电流方向由a指向b，故A错误；
B．互换磁极位置，同样实验操作，导体棒受到的安培力向左，将向左摆出，故B错误；
CD．导体棒摆到最大高度时重力势能的增加量
同时导体棒通过电流时会产生焦耳热，根据能量守恒可知，电源为其提供的电能大于，故C正确，D错误。
故选C。
3．A
【解析】
【详解】
S闭合后，ab棒与其余各棒并联，设电源电动势为E，则两支路的电流大小均为
ab棒受到安培力的大小为
其余各棒在磁场中的等效长度也为L，受到的安培力大小为
线框受到的安培力大小
若仅将ab棒移走，则余下线框受到的安培力大小
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
设导体棒摆开的角度为θ，根据平衡条件以及力的合成与分解可得
要使导体棒摆开的角度增大，需要增大导体棒所受的安培力F或减小导体棒的质量，根据安培力公式
可知若要增大F，可以增大导体棒中的电流、换成磁性较强的磁铁，而改变导体棒中电流的方向无法增大F，综上所述可知ABD不可行，C可行。
故选C。
5．B
【解析】
【详解】
“心”形的线圈，左半部分电流由上到下，磁场的方向有向左的分量，根据左手定则可知，安培力是向内的，“心”形的线圈，右半部分电流也是由上到下，磁场的方向是向右的，根据左手定则可知，安培力是向外的，则从上往下看，线圈做顺时针转动，故ACD错误，B正确。
故选B。
6．B
【解析】
【详解】
导线所受安培力的大小为
根据左手定则可判断出安培力方向水平向右。
故选B。
7．A
【解析】
【详解】
电流方向垂直纸面向外，磁场方向竖直向上时，导线所受水平向右的安培力、重力和支持力作用，三力平衡，如图
当磁场方向转至垂直斜面向上时，导线所受安培力沿斜面向上，由图可知安培力F逐渐减小，根据可知应控制导线内的电流强度逐渐减小。
故选A。
8．C
【解析】
【详解】
AB．导体棒所受的安培力
方向垂直于B指向右下方向，选项AB错误；
CD．导体棒处于静止状态，则所受的摩擦力等于
方向水平向左，选项C正确，D错误。
故选C。
9．C
【解析】
【详解】
由已知条件可知MLN边的有效长度与MN相同，等效后的电流方向也与MN相同，边MLN的电阻等于边MN的电阻的两倍，两者为并联关系，设MN中的电流大小为I，则MLN中的电流为，设MN的长为L，由题意知
2F= BIL
所以边MLN所受安培力为
方向与MN边所受安培力的方向相同，故有
F合= F＋2F=3F
C正确，ABD错误。
故选C。
10．D
【解析】
【详解】
将线圈电流分成若干段，每段都有与其对称的一段，依据左手定则，可知关于每段与对称一段的安培力方向相反，结合矢量的合成法则，可知，环形线圈所受的磁力的合力为零。
故选D。
11．D
【解析】
【详解】
当磁场方向垂直导轨向下时，此时安培力最小，则磁感应强度最小，则
解得
则匀强磁场的磁感应强度大小不可能为。
故选D。
12．A
【解析】
【详解】
导体棒在纸面内逆时针转过的过程中，电流方向始终与磁场方向垂直，根据安培力的表达式
易知，导体棒所受的安培力大小不变。故A正确；BCD错误。
故选A。
13．AC
【解析】
【详解】
A．根据已知条件，可判断出金属杆所受安培力沿斜面向上，当滑动变阻器串入电路阻值最小时，有
，
代入数据解得
A正确；
B．当滑动变阻器串入电路中的电阻为2Ω时，有
则安培力大小为
且有
则金属杆所受摩擦力大小为
方向沿斜面向下，B错误；
C．滑动变阻器串入电路阻值最大时，有
，
代入数据解得
C正确；
D．当滑动变阻器串入电路中的电阻为4Ω时，有
则安培力大小为
则金属杆所受摩擦力大小为
方向沿斜面向上，D错误。
故选AC。
14．BC
【解析】
【详解】
由题意可知，三个导体棒的长度不同，由电阻定律可得
设导体棒两端的电压为U，由安培力公式F=BIL可得
c导体棒在磁场中受安培力的有效长度是d，则有
由此可知
Fa>Fc
Fa=Fb
AD错误，BC正确。
故选BC。
15．BC
【解析】
【详解】
当电键S置于a处时，导线中的电流方向为M′MNN′，由一节干电池提供电流；而当电键S置于b处时，导线中的电流方向仍为M′MNN′，由两节干电池提供电流；两次中导线与中电流方向均相反，则两导线相互排斥；根据
F=BIL
可知，电流越大，周围产生的磁感应强度B越大，则
故选BC。
16．（1）；方向竖直向上；；（2），方向沿细线方向斜向上
【解析】
【详解】
（1）分析导体棒的受力可知：重力、细导线的拉力F和安培力，由受力平衡可得：
即
方向竖直向上；
同理有
解得
（2）当磁感应强度最小时，安培力最小，此时安培力的方向与细线垂直，则
方向沿细线方向斜向上。
17．0.5J
【解析】
【详解】
平行导轨光滑，在接通开关到金属棒离开导轨的短暂时间内，安培力对金属棒做的功为W，由动能定理得
W=mv2
设平抛运动的时间为t，则竖直方向
h=gt2
水平方向有
s=vt
联立以上三式解得
W=0.5J
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