1.1磁场对通电导线的作用力课后作业（word版含答案）

1.1 磁场对通电导线的作用力 课后作业
一、单选题
1．如图所示,一段导线 abcd 弯成半径为 R.圆心角为 90°的部分扇形形状,置于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直,线段 ab 和 cd 的长度均为,流经导线的电流为 I,方向如图中箭头所示．则 abcd导线受到的安培力的方向和大小为( )
A．方向沿纸面向上，大小为
B．方向沿纸面向上，大小为
C．方向沿纸面向下，大小为
D．方向沿纸面向下，大小为
2．如图所示，把一个多匝正方形线框悬挂在弹簧秤下，线框底边处在磁场中，当开关闭合时，线框中的电流如图所示，则　　
A．开关闭合后，只有线框下边框受到安培力
B．开关闭合后，向右移动滑动变阻器，弹簧称读数变大
C．开关闭合后，增加线框的匝数，调节滑片保证线圈电流不变，则弹簧秤读数变大
D．调换电源正负极，开关闭合后，弹簧秤示数一定增加
3．直导线垂直于磁场方向放在竖直向下的匀强磁场中，通以垂直纸面向外的电流，则直导线受到安培力的方向（　　）
A．向上 B．向下 C．向左 D．向右
4．下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　)
A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场
B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比
C．磁电式电流表的缺点是灵敏度高，优点是允许通过的电流很弱
D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用
5．在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度大小为1A、2A和3A的电流，各电流的方向如图所示，则导线b所受的合力方向是（ ）
A．水平向左 B．水平向右
C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
6．把长为L的导线弯成一个圆心角为的圆弧，将其平放在纸面内．现有一个垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场，如图所示，若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流，则导线所受安培力的大小和方向是（）
A．IBL，垂直AC向左
B．，垂直AC向左
C．，垂直AC向左
D．，垂直AC向右
7．如图所示，将通电直导线AB用悬线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关（　　）
A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变
B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变
C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小
D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大
8．一正方形导体框abcd；其单位长度的电阻值为r，现将正方形导体框置于如图所示的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，用不计电阻的导线将导体框连接在电动势为E，不计内阻的电源两端，则关于导体框所受的安培力下列描述正确的是
A．安培力的大小为，方向竖直向上
B．安培力的大小为，方向竖直向下
C．安培力的大小为，方向竖直向下
D．安培力的大小为，方向竖直向上
9．将一段通电直导线放置在匀强磁场中，通电直导线受到的安培力不正确的是（　　）
A． B． C． D．
10．下列哪项科技的应用与电磁感应原理相关（ ）
A．回旋加速器 B．手机无线充电
C．示波管 D．电磁弹射器
11．如图所示为测定磁感应强度大小的装置，弹簧测力计下端挂一矩形线圈，线圈匝数为n，将矩形线圈的短边（长为L）置于蹄形磁体的N极、S极间的磁场中的待测位置，线圈的质量为m，（重力加速度为g）。为了测量方便和精确，调节好装置后闭合开关，调节滑动变阻器使得弹簧测力计的示数刚好为零，此时电流表示数为I，下列说法中不正确的有（　　）
A．装置图中线圈平面与N极、S极连线垂直
B．当电路未接通时弹簧测力计的读数近似等于线圈的重力
C．在磁场中的线圈短边中的电流方向向里
D．N极和S极之间磁场的磁感应强度为
12．如图所示，匀强磁场的区域足够大，磁感应强度大小为B、方向水平向右，将一段圆弧形导体ab置于磁场中，圆弧的圆心为O，半径为r。现在导体ab中通以方向从的恒定电流I，则圆弧受到的安培力的方向和大小分别为（　　）
A．水平向左， B．垂直纸面向里，
C．垂直纸面向外， D．垂直纸面向外，
13．某段通有恒定电流的直导线，置于某一匀强磁场中，关于该导线所受安培力的说法，正确的是_____。
A．当导线与磁场方向平行时，导线所受的安培力最大
B．当导线与磁场方向垂直时，导线所受的安培力最大
C．安培力的方向平行于导线方向
D．安培力的方向平行于磁场方向
14．在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，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，如图所示，通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看( )
A．液体将顺时针旋转
B．液体将逆时针旋转
C．若仅调换N、S 极位置，液体旋转方向不变
D．若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变
二、多选题
15．如图所示，直角坐标系Oxyz处于匀强磁场中，有一条0.6m长的直导线沿Ox方向通有9A电流，受到的安培力沿Oz方向，大小为2.7N，则该磁场可能方向和磁感应强度B的值为（ ）
A．平行于xOy平面，B=0.5T B．平行于xOy平面，B=1.0T
C．平行于zOy平面，B=0.5T D．平行于zOy平面，B=1.0T
16．如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，图中虚线的下方存在匀强磁场，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在竖直向上的恒定外力F作用下由静止开始向上运动，导体棒在磁场中运动时，电流表示数逐渐增大，最终稳定为I。当导体棒运动到图中的虚线位置时，撤去外力F，此后导体棒还会继续上升一段时间，整个运动过程中。导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻（虚线与导轨的上端距离足够大），重力加速度为g。则（　　）
A．导体棒开始运动的瞬间加速度大小为 B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．电流稳定后导体棒的速度大小为 D．撤去F后，导体棒继续上升的高度为
三、解答题
17．电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新型武器和航天运载器。如图是电磁轨道炮的原理结构示意图。光滑水平导轨，宽为L。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小始终为B。炮体可视为质量为m，电阻为R的金属棒MN，其余部分电阻不计，电源的电压能自行调节，以保证炮体匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流恒为I，弹体从静止加速到v，不计空气阻力。求：
（1）轨道至少需多长；
（2）该过程中电源对外输出的总能量。
18．如图所示，在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源，在相距1 m的平行导轨上放一重为3 N的金属棒ab，棒上通过3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度．
(2)ab棒对导轨的压力大小．
(3)若要使B取值最小，其方向应如何调整？并求出最小值．
19．如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，相距2m并处于竖直向上的磁感应强度B为0.75T的匀强磁场中，一根质量为3.0kg的金属杆放在导轨上且与导轨垂直，当金属棒中通如图所示的电流为5A时，金属棒恰好做匀速直线运动，求：（g=10m/s2）
（1）导轨与金属棒间的动摩擦因数；
（2）保持其它条件不变，通入金属棒中电流变为9A瞬间，金属棒加速度的大小；
（3）保持其它条件不变，将两导轨的右端抬高，使其与水平方向夹角为45°，若要仍使金属棒保持静止且与导轨间无摩擦力，金属棒中的电流．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
图中导线的等效导线为图中蓝线所示，
由几何关系等效导线的长度
故
由左手定则判断其受力方向为向上；
A．方向沿纸面向上，大小为，与结论相符，选项A正确；
B．方向沿纸面向上，大小为，与结论不相符，选项B错误；
C．方向沿纸面向下，大小为，与结论不相符，选项C错误；
D．方向沿纸面向下，大小为，与结论不相符，选项D错误；
2．C
【解析】
【分析】
根据左手定则分析安培力的方向，由电流变化确定安培力的大小和方向的变化；再根据平衡条件明确弹簧秤示数的变化．
【详解】
虽然只有线框底边处在磁铁的磁场中，但周围仍然有较弱的磁场存在，所以则在开关闭合后，不仅仅是只有线框下边框受到安培力，其余的边也受到安培力，只是很小．故A错误；由图，外侧的电流向上，则底边的电流方向向外，根据左手定则可知，开关闭合时后线框底边受到的安培力方向向下，向右移动滑动变阻器滑动触头，接入电路中的电阻增大，则电流减小，安培力减小，所以弹簧秤的示数减小，故B错误；开关闭合后，增加线框的匝数，调节滑片保证线圈电流不变，线框受到的安培力整体增大，所以弹簧秤读数变大，故C正确；调换电源正负极，开关闭合后，安培力向上，则弹簧秤示数一定减小，故D错误．故选C．
【点睛】
本题考查左手定则以及平衡条件的应用，要注意明确线圈只有下边受安培力作用，根据左手定则以及进行分析即可求解．
3．D
【解析】
【详解】
根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向下穿过手心，则手心朝上．四指指向电流方向，则指向纸外，拇指指向右侧，故导线受到的安培力向右，故ABC错误，D正确．
故选D．
4．D
【解析】
【分析】
首先分析出其制成原理，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，磁力矩与线圈中电流成正比，即通电线圈在磁场中受力转动，线圈的转动可以带动指针的偏转；螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，然后找出与电流表的原理相同的选项即可．
【详解】
A. 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，故A错误；
B. 电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．因此，磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关).当铜电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的．故B错误；
C. 磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点是允许通过的电流很弱，故C错误；
D. 磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用，故D正确；
故选D.
5．A
【解析】
【详解】
ab、bc之间都是排斥力，但由于c中电流大于a中电流，所以bc之间的排斥力大于ab之间的排斥力，故b受的合力水平向左，故A正确
故选A
6．C
【解析】
【详解】
弧长为L，圆心角为，则半径
设弦长AC=x
则
解得：
导线受到的安培力
由左手定则可知，导线受到的安培力方向：水平向左
A. IBL，垂直AC向左与分析不相符，故A项错误；
B. ，垂直AC向左与分析不相符，故B项错误；
C. ，垂直AC向左与分析相符，故C项正确；
D. ，垂直AC向右与分析不相符，故D项错误．
7．D
【解析】
【分析】
用电流元法分析通电直导线AB的运动情况，用特殊位置法分析直导线在竖直方向上的受力情况。
【详解】
当开关S接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如下图所示
由左手定则知通电直导线此时A端受力指向纸内，B端受力指向纸外，故直导线将转动，由特殊位置法知当直导线转到与磁感线垂直（即转过90°）时，整个直导线受到的安培力方向竖直向下，故悬线张力变大。
故选D。
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知，电路接通后流过导体框的电流方向为ad及abcd，假设导体框的边长为L，由欧姆定律可得ad边的电流大小为
流过bc边的电流大小为
又由左手定则可知两边所受的安培力方向均竖直向下，则导体框所受的安培力大小为
故选B。
9．A
【解析】
【详解】
A．由左手定则可知，通电直导线受到的安培力应向下，A错误，符合题意；
BCD．由左手定则可知，图中三段通电指导线所受的安培力方向正确，BCD正确，不符合题意。
故选A。
10．B
【解析】
【详解】
电磁感应的现象是穿过闭合回路的磁通量发生变化，产生感应电流的现象。
ACD．回旋加速器、电视显像管都是带电粒子在磁场中的受力，不是电磁感应现象，电磁弹射器是通电导线在磁场中受力，不是电磁感应现象，故ACD错误；
B．手机无线充电，由送电线圈和受电线圈组成，充电板接入交流电源，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生感应电流，故B正确。
故选：B。
11．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．放置矩形线圈时，矩形线圈所在的平面要与N极S极的连线垂直从而使下边受到安培力作用，故A不符合题意；
B．在接通电路前，线框处于静止，导线框此时只受到重力和弹簧的拉力作用，此时弹簧测力计的示数等于线框的重力，故B不符合题意；
C．闭合开关，调节滑动变阻器使得弹簧测力计的示数刚好为零，说明线框受到向上的安培力作用，根据左手定则可知在磁场中的线圈短边中的电流方向向里，故C不符合题意；
D．线框受到安培力和重力作用，二力处于平衡状态，则
nBIL=mg
可得
故D符合题意。
故选D。
12．D
【解析】
【详解】
根据安培力的公式，其中垂直故。有效长度
故安培力的大小为
根据左手定则，安培力方向为垂直纸面向外。
故选D。
13．B
【解析】
【详解】
A．通电直导线与磁场方向平行时，通电直导线所受安培力为零，最小，故A错误；
B．当导线与磁场方向垂直时，根据安培力的计算公式F=BILsinθ可得，θ=90°，此时导线所受的安培力最大，故B正确；
CD．根据左手定则可知，安培力的方向垂直与磁场和通电导线构成的平面，即安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方向垂直，故CD错误。
故选B。
14．B
【解析】
【详解】
AB．根据电势的高低可知电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A错误，B正确；
CD．仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正负极位置，安培力方向肯定改变，故CD均错误
15．AB
【解析】
【详解】
试题分析：通电导线在磁场中受到安培力，根据左手定则可确定安培力的方向，由安培力方向与磁场和电流方向所构成的平面垂直，即可求解．
解：根据左手定则，安培力必须与电流和磁场构成的平面，故场的方向一定在x0y平面内；
当电流，磁场互相垂直的时候，安培力最大，
所以最小的磁感应强度为：B==T=0.5T，所以AB正确，CD错误．
故选AB．
【点评】考查左手定则，并让学生理解安培力、电流与磁场三方向的关系，同时安培力必须与电流和磁场构成的平面垂直．
16．CD
【解析】
【详解】
A．开始运动的瞬间，导体棒速度为0，此时只受恒力F和重力mg的作用，则由
F-mg=ma
解得
故A错误；
B．当电流稳定时，导体棒加速度为零，则有
F-mg-BIL=0
解得
故B错误；
C．电流稳定后，感应电动势也恒定不变，有
BLv=IR
解得
故C正确；
D．撤去F，导体棒也刚好离开磁场，则由机械能守恒可得
解得
故D正确。
故选CD。
17．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为
根据牛顿第二定律
根据
解得轨道长
（2）炮体的动能
根据牛顿第二定律
发射过程产生的热量
该过程中电源对外输出的总能量
18．(1) (2)6N (3)
【解析】
【详解】
(1)棒静止时，受力如图．
则有：F安=mgtan60°
即BIL=mgtan60°
解得:
(2)由牛顿第三定律可知，ab棒对导轨的压力与N大小相等．
故ab棒对导轨的压力为6N．
(3)若要使B取值最小，即安培力F安最小．显然当F安平行斜面向上时，F安有最小值，此时B应垂直于斜面向上，且有：F安=mgsin60°
所以BminIL=mgsin60°
故当B垂直于斜面向上时有最小值，为.
19．（1）0.25；
（2）2m/s2；
（3）2A
【解析】
【详解】
试题分析：（1）由安培力公式求出安培力，然后应用平衡条件求出动摩擦因数．
（2）由安培力公式求出安培力，然后应用牛顿第二定律求出加速度．
（3）导体棒受重力、安培力（水平向右）和支持力，根据平衡条件列式求解安培力，再结合F=BIL求解电流．
解：（1）金属棒受到的安培力：F=BIL，
由平衡条件得：μmg=BIL，
代入数据得：μ=0.25；
（2）金属棒受到的安培力：F′=BI′L，
由牛顿第二定律得：BI′L﹣μmg=ma，
代入数据得：a=2m/s2；
（3）金属棒静止，受重力、支持力、安培力（水平），处于平衡状态，由平衡条件得：
BI2L=mgtanθ，
代入数据得：
I2=2A，
答：（1）导轨与金属棒间动摩擦因数为0.25；
（2）保持其它条件不变，通入金属棒中电流变为9A瞬间，金属棒加速度的大小为2m/s2；
（3）保持其它条件不变，将两导轨的右端抬高，使其与水平方向夹角为45°，若要仍使金属棒保持静止且与导轨间无摩擦力，金属棒中的电流为2A．
【点评】本题考查了安培力公式与平衡条件的应用，要应用安培力公式、左手定则、平衡条件列式求解，不难．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页