课时1磁场对通电导线的作用力分层作业巩固提升第一章安培力和洛伦兹力2021_2022学年高一物理选择性必修第二册(人教版2019)
一、单选题,共10小题
1.关于磁感应强度的下列说法中,正确的是( )
A.由知,磁场中某点的磁感应强度的大小与的乘积成反比,与F成正比
B.无论I的方向如何,都可由求磁感应强度的大小
C.磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处的安培力的方向相同
D.磁场中某点的磁感应强度大小是由磁场本身因素决定的,而与有无检验电流无关
2.将通电直导线放入磁场中,电流方向、磁场方向及导线受力方向如下图所示,其中不正确的是
A. B. C. D.
3.通以逆时针方向电流的圆形线圈悬挂在细线下。若在竖直直径上圆心O正上方,放一根垂直圆平面向内的固定直电流,如图所示,圆形线圈将会( )
A.从上往下看,顺时针转 B.从左往右看,顺时针转
C.使细线拉力增大 D.向左或向右摆动
4.如图所示,条形磁铁放在光滑水平桌面上,它的左上方固定一直导线,导线与磁铁垂直。当给导线通以垂直纸面向内的电流时,则下列说法中,正确的是( )
A.磁铁对桌面压力减小,磁铁静止不动
B.磁铁对桌面压力减小,磁铁开始向右运动
C.磁铁对桌面压力增大,磁铁开始向左运动
D.磁铁对桌面压力增大,磁铁开始向右运动
5.关于磁场力,下列说法正确的是( )
A.通电导线放入磁场一定会受到磁场力的作用
B.通电导线垂直放入磁场所受的磁场力最小
C.电流相同、长度相同的通电导线在同一磁场中,受到的磁场力一定相同
D.磁场力的方向一定垂直于通电导线和磁感线所决定的平面
6.如图所示,长直导线与矩形线圈同处于光滑水平面上,导线固定,当通以图示电流时,线圈的运动情况是( )
A.靠近通电导线 B.远离通电导线
C.保持静止不动 D.顺时针转动
7.关于磁感应强度,下列说法中正确的是( )
A.放置在磁场中长的导线,通过的电流,受到的力为时,该处磁感应强度就是
B.通电导线所受磁场力为零,该处磁感应强度一定为零
C.通电导线所受磁场力为零,该处磁感应强度不一定为零
D.磁感应强度只是描述磁场强弱的物理量
8.如图甲所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根水平放置的平行导轨、,导轨上放有质量为m的金属棒,棒与导轨间的动摩擦因数为,现从时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流强度与时间成正比,即,其中k为恒量.若金属棒与导轨始终垂直,则如图乙所示的表示棒所受的摩擦力f随时间变化的四幅图中,正确的是( )
D.
9.质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上,导轨宽度为d,杆与导轨间的动摩擦因数为,有电流时,ab恰好在导轨上静止,下图是它的四个侧视图,标出四种可能的匀强磁场方向,其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )
A. B.
C. D.
10.利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度。其中2为力敏传感器,3为数字电压表,5为底部长为L的线框。当外界拉力作用于力敏传感器的弹性梁上时,数字电压表上的读数U与所加外力F成正比,即,式中k为比例系数。用绝缘悬丝把线框固定在力敏传感器的挂钩上,并用软细铜丝连接线框与电源。当线框中电流为零时,输出电压为;当线框中电流为I时,输出电压为U。则磁感应强度的大小为( )
A. B. C. D.
二、多选题,共3小题
11.在竖直面内用两个一样的弹簧吊着一根铜棒,铜棒所在虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场,棒中通以自左向右的电流,如图所示。当棒静止时,弹簧秤的读数为F1;若将棒中的电流方向反向,当棒静止时,弹簧秤的示数为F2,且F2>F1,根据这两个数据,可以确定( )
A.磁场的方向 B.磁感强度的大小
C.安培力的大小 D.铜棒的重力
12.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,杆ab与导轨间的摩擦因数为μ,有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图所示,图中的四个侧视图中,标出了四种可能的匀强磁场方向,其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )
A.
B.
C.
D.
13.如图所示,粗糙固定斜面的倾角为θ,整个斜面处于垂直斜面向下的匀强磁场(大小未知)中,在斜面上有一根有效长度为L、质量为m水平放置的导体棒,当导线中电流为I1和I2时,导体棒均能沿斜面匀速运动.已知电流I1、I2的方向相同且I1A.电流方向垂直纸面向外
B.导体棒与斜面间的动摩擦因数为
C.匀强磁场的磁感应强度大小为
D.可能存在一个与I1、I2大小不同的电流,使导体棒沿斜面做匀速直线运动
三、填空题,共4小题
14.根据磁场和导线电流的关系,说明下列图中安培力的方向
(1) (2) (3) (4)
图(1)的安培力方向是________;
图(2)的安培力方向是________;
图(3)的安培力方向是________;
图(4)的安培力方向是________;
15.如图,倾角的光滑斜面上,置一通有电流I,长L、质量为m的导体棒,欲使棒静止在斜面上,则外加的最小的磁感强度_____________,方向是_____________.
16.如图所示,放在蹄形磁铁两极之间的导体棒,当通有自到的电流时受到向右的安培力作用,则磁铁的上端是 ________极.若磁铁上端是S极,导体棒中的电流方向自到,则导体棒受到的安培力方向向_________.
17.如图所示,在磁感强度为B的匀强磁场中,有一个边长为L的正六边形线圈 abcdef,线圈平面垂直于磁场方向,则穿过线圈的磁通量为______;若去掉其中的一条边ab,且通有图示顺时针方向的电流,电流强度大小为,则剩余的五条边所受安培力的大小为________(线圈不发生形变).
四、解答题,共4小题
18.如图所示为一电流表的原理示意图。质量为m的匀质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧的劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的示数,MN的长度大于。当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合,当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流的大小。重力加速度为g。
(1)当电流表示数为零时,弹簧的伸长量为多少?
(2)若要电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接?
(3)若,,,,则此电流表的量程是多少?(不计通电时电流产生的磁场的作用)
(4)在(3)的条件下,若将量程扩大为原来的2倍,磁感应强度应变为多大?
19.质量为的通电细杆ab置于倾角为的平行放置的导轨上,导轨间的距离,杆ab与导轨间的动摩擦因数,磁感应强度的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的触头,为使杆ab静止不动,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,(,,g取)求:
(1)通过杆ab电流大小的范围。
(2)若ab杆中的电流为0.2A,且导轨是光滑的,其他条件不变,则要使ab杆静止至少要施加一个多大的力?方向如何?
20.如图所示,导体AB质量为m,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向外。AB平放在水平支架上成为电路的一部分,接入电路部分的长度为l。当接通电路瞬间,AB弹跳起来,则导体AB中电流方向如何?若已知通电瞬间通过导体横截面的电荷量为q,则在开关S闭合过程中,安培力对导做的功至少应为多少?
21.如图所示,两平行金属导轨间的距离,金属导轨所在的平面与水平面夹角,垂直导轨所在平面分布着磁感应强度的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻,金属导轨的电阻不计,g取。已知,,试求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力大小;
(3)导体棒受到的摩擦力的大小和方向。(要求画出导体棒截面的受力分析图)
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.D
【解析】
A.为磁感应强度的定义式,B与F、I、L无关,A错误;
B.若I的方向与磁场平行,受到的安培力始终未零,无法通过求磁感应强度的大小,B错误;
C.由左手定则可知,磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处的安培力的方向不相同,C错误;
D.磁场中某点的磁感应强度大小是由磁场本身因素决定的,而与有无检验电流无关,D正确。
故选D。
2.A
【解析】
A图磁场方向与电流方向平行,不受安培力;由左手定则可知BCD三图,受力正确,所以选择A。
3.A
【解析】
ABD.根据右手螺旋定则可知,通电线圈等效一个放在圆心O处的一个N极在外,S在里的条形磁铁,而直导线电流在O点的磁场方向水平向左,可知N极应该向左转动,即从上往下看,线圈顺时针转动,A正确BD错误;
C.采用微元法,在圆环的左侧和圆环的右侧对称的取一小段电流源,由左手定则可知左侧电流源的手拎垂直直面向里,右侧向外,因此整体可知圆环竖直方向没有安培力,所以竖直方向拉力不变,C错误。
故选A。
4.D
【解析】
根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向,如图,在根据左手定则判断安培力方向,如左图
根据牛顿第三定律,电流对磁体的作用力向右下方,如右图;根据平衡条件,可知通电后磁铁对桌面的压力变大,磁铁在F2作用下开始向右运动。
故选D。
5.D
【解析】
A.通电导线放入磁场若导线与磁场方向平行则不受磁场力作用,A错误;
B.通电导线垂直放入磁场所受安培力最大,B错误;
C.电流相同、长度相同的通电导线在同一磁场中,若B与I所成的夹角不同,则受的安培力不同,C错误;
D.根据左手定则安培力的方向一定垂直于通电导线和磁感线所决定的平面,D正确。
故选D。
6.B
【解析】
根据左手定则知:同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。故线框左侧的电流受到的安培力方向向右,右侧的电流受到的安培力向左,但由于左侧离通电长直导线近,受到的安培力大一些,即线框所受安培力的合力方向向右,故线框向右运动,远离通电导线。
故选B。
7.C
【解析】
A.只有通电直导线垂直于磁场时,放置在磁场中长的导线,通过的电流,受到的力为时,该处磁感应强度才是,A错误;
BC.若通电导线平行于磁场放置,所受安培力为零,但该处磁感应强度不为零,B错误,C正确;
D.磁感应强度能描述磁场强弱及方向,D错误。
故选C。
8.C
【解析】
刚开始安培力小于最大静摩擦力,金属棒处于静止状态,受到静摩擦力大小为
当安培力达到最大静摩擦力(略大于滑动摩擦力),金属棒开始运动,受到的滑动摩擦力大小为
故符合题意的为C选项的图,C正确。
故选C。
9.A
【解析】
A.细杆受重力,水平向右的安培力和斜面的支持力,若三个力平衡,不受摩擦力,A正确;
B.细杆受重力,垂直于斜面方向右下方的安培力和斜面的支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,B错误;
C.细杆受重力,竖直向下的安培力和斜面的支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,C错误;
D.细杆受重力,水平向左的安培力和斜面的支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,D错误。
故选A。
10.D
【解析】
当线框电流为零时,外界拉力有线框重力平衡,即有
当线框中电流为I时,由于电流方向未知,所以有
联立解得
故选D。
11.ACD
【解析】
A.因为电流反向时,弹簧秤的读数F2>F1,所以可以知道电流自左向右时,导体棒受到的磁场力方向向上,根据左手定则可以确定磁场的方向为垂直纸面向里,故磁场的方向可以确定,故A正确。
B.由于电流大小不知,所以无法确定磁感应强度的大小,故B错误;
CD. 令铜棒的重力为G,安培力的大小为F,则由平衡条件得:
2F1=G-F
当电流反向时,磁场力变为竖直向下,此时同样根据导体棒平衡有:
2F2=G+F
联立可得:棒的重力
G=F1+F2
安培力F的大小
F=F2-F1
因此可确定安培力的大小与铜棒的重力,故CD正确。
12.AB
【解析】
A.杆子受重力、水平向右的安培力和斜面的支持力,若三个力平衡,则不受摩擦力。故A正确。
B.杆子受重力,竖直向上的安培力,若重力与安培力相等,则二力平衡,不受摩擦力。故B正确。
C.杆子受重力、竖直向下的安培力、支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力。故C错误。
D.杆子受重力、水平向左的安培力,支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力。故D错误。
故选AB.
13.AC
【解析】
A.因为导体棒能匀速运动,故安培力沿斜面向上,由左手定则知电流方向垂直纸面向外,故A正确;
BC.由题意可知通电流I1和I2时,导体棒均能沿斜面匀速运动且I1联立解得:
故B错误,C正确;
D.因I1和I2可分别使导体棒向上或向下匀速运动,而根据磁场方向又知安培力在沿斜面方向,摩擦力大小不变,重力沿斜面分力不变,故不存在其它电流让导体棒匀速运动,故D错误.
14. 向上 向右 向里 向左
【解析】
由左手定则可知:图(1)的安培力方向是向上;图(2)的安培力方向是向右;图(3)的安培力方向是向里;图(4)的安培力方向是向左;
15. 垂直于斜面向上
【解析】
当安培力平行于斜面向上时最小,根据平衡条件则有:
解得:
的方向垂直于斜面向上
16. N 右
【解析】
电流方向由b到a,安培力向右,根据左手定则,知磁场方向竖直向下,所以磁铁上端是N极;
磁铁上端是S极,电流方向自a到b,根据左手定则,知安培力方向向右;
故答案为N,右.
17.
【解析】
据题可知线圈平面垂直于磁场方向,则穿过线圈的磁通量大小为:
正六边形线圈在匀强磁场中受到的安培力的合力为零,则边所受的安培力与其余五条边所受安培力的合力大小相等,方向相反,所以去掉边后,剩余的五条边所受安培力的大小与原来所受的安培力大小相等,即为
18.(1);(2)M端;(3)0~2.5A;(4)0.1T
【解析】
电流表示数为零时,金属棒在重力与弹簧弹力作用下处于平衡状态;电流表正常工作时,金属棒受到向下的安培力;当金属棒处于ab边上时,电流表示数最大
(1)设电流表示数为零时,弹簧的伸长量为,则有
解得
(2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下,由左手定则分析知,电由M流向N,则M端应接正极。
(3)设电流表满偏时通过MN的电流为,则有
联立并代入数据解得
故电流表的量程为0~2.5A。
(4)设量程扩大后,磁感应强度为,则有
解得
19.(1);(2)0.04N;方向沿导轨平面向上
【解析】
(1)杆ab中的电流方向为由a到b,所受的安培力方向平行于导轨向上。当电流较大时,杆有向上的运动趋势,所受静摩擦力向下;当静摩擦力向下达到最大时,安培力为最大值,此时通过ab的电流最大,为;当通过ab的电流最小时,杆受到向上的最大静摩擦力,此时的安培力为,电流为。
如图所示
联立解得
如图所示
联立解得
所以通过杆ab电流大小的范围是
(2)因为
对ab杆受力分析,ab杆受重力、支持力和安培力作用,当施加的外力沿导轨平面向上时外力最小,如图所示
以沿导轨平面向上为正方向,根据平衡条件有
则
20.电流方向由B到A;
【解析】
AB弹跳起来,说明AB受到的安培力方向向上,结合左手定则可判断导体AB中电流的方向。安培力对导体做的功等于导体获得的动能,而由动量定理可求解导体通电瞬间的速度。
AB向上弹起,故安培力方向向上,由左手定则可知导体AB中电流的方向由B到A。AB受重力、弹力和安培力,由于接通电路瞬间,AB弹跳起来,安培力远大于重力,且作用时间极短,重力和弹力可忽略不计,根据动量定理得
又
解得
由动能定理得,安培力做的功为
21.(1)1.5A;(2)0.3N;(3)0.06N,沿导轨平面向下,受力分析如下图所示:
【解析】
(1)根据闭合电路欧姆定律,得
(2)根据安培力大小的计算公式得
(3)对棒受力分析,并分解重力,假设棒所受摩擦力方向向下,如图所示
因为
所以假设成立,摩擦力
方向沿导轨平面向下。
答案第1页,共2页
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