1.1安培力及其应用 同步练习（word版含答案）

1.1、安培力及其应用
一、选择题（共16题）
1．如图所示，竖直放置的通电直导线（电流方向如箭头所示）与匀强磁场方向垂直，该导线所受安培力的方向为（　　）
A．水平向左 B．水平向右
C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
2．如图所示，质量m=100g，长L=50cm的铜棒，用长度相等的两根轻软导线悬吊在竖直向上的匀强磁场中，导线跟铜棒的接触良好，磁感应强度B=1T．当导线中通入某恒定电流后，铜棒恰能偏离竖直方向θ＝37°而保持静止状态，关于铜棒中所通恒定电流I的判断正确的是（sin37 =0.6，cos37 =0.8）
A．I=2.0A，方向由a→b B．I=2.0A，方向由b→a
C．I=1.5A，方向由a→b D．I=1.5A，方向由b→a
3．如图所示，用细绳悬挂一矩形导线框且导线框底边水平，导线框通有逆时针方向的电流（从右侧观察）．在导线框的正下方、垂直于导线框平面有一直导线PQ．原PQ中无电流，现通以水平向左的电流，在短时间内（ ）
A．从上往下观察导线框向右平移 B．从上往下观察导线框顺时针转动
C．细绳受力会变得比导线框重力大 D．导线框中心的磁感应强度变小
4．如图所示，AC是一个用导线弯成的半径为R、以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中当在该导线中通以方向由A到C，大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是（　　）
A．，垂直AC的连线指向右上方 B．，垂直AC的连线指向左下方
C．，垂直AC的连线指向右上方 D．，垂直AC的连线指向左下方
5．长为L的导线ab斜放在水平导轨上（导线与导轨的夹角为θ），两导轨相互平行且间距为d，匀强磁场的磁感应强度为B，如图所示，当通过ab的电流为I时，导线ab所受安培力的大小为
A．BIL B．BILsinθ C．BId D．BId/cosθ
6．相隔一定距离的电荷或磁体间的相互作用是怎样发生的 这是一个曾经使人感到困惑、引起猜想且有过长期争论的科学问题．19世纪以前，不少物理学家支持超距作用的观点．英国的迈克尔·法拉第于1837年提出了电场和磁场的概念，解释了电荷之间以及磁体之间相互作用的传递方式，打破了超距作用的传统观念．1838年，他用电力线(即电场线)和磁力线(即磁感线)形象地描述电场和磁场，并解释电和磁的各种现象．下列对电场和磁场的认识，正确的是
A．法拉第提出的磁场和电场以及电场线和磁感线都是客观存在的
B．处在电场中的电荷一定受到电场力，在磁场中的通电导线一定受到安培力
C．电场强度为零的地方电势一定为零，电势为零的地方电场强度也为零
D．通电导线与通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的
7．物理学经常建立一些典型的理想化模型用于解决实际问题，下列关于这些模型的说法中正确的是
A．体育比赛中用的乒乓球总可以看作是一个位于其球心的质点
B．带有确定电量的导体球总可以看作是一个位于其球心的点电荷
C．分子电流假说认为在原子或者分子等物质微粒内部存在着一种环形电流，它使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极
D．在研究安培力时，与电场中的检验电荷作用相当的是一个有方向的电流元，实验过程中应当使电流元的方向跟磁场方向平行
8．如图所示为一种新型的电磁船的俯视图，MN、PQ为固定在船上的竖直平行金属板，直流电源接在M、P之间，船上装有产生强磁场的装置，可在两平行金属板间海水中的虚线框内产生强磁场。闭合开关S后，电流通过海水从N流向Q，若船受到海水的反冲向左运动，虚线框中的磁场方向应该（　　）
A．竖直向下 B．竖直向上 C．水平向左 D．水平向右
9．下列说法正确的是（ ）
A．库仑首先引入电场线描述电场
B．法拉第首先总结出磁场对电流作用力的规律
C．伽利略通过理想斜面实验得出物质的运动不需要力维持
D．牛顿认为站在足够高的高山上无论以多大的水平速度抛出一物体，物体都会落在地球上
10．质量为m，电阻率为，横截面积为S，长度为L的粗细均匀的金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线悬挂，金属棒置于竖直方向的匀强磁场中，初始细线竖直，金属棒静止。现在MN两端加上大小为U的电压，使电流由M流向N，要使金属棒的绝缘细线静止时与竖直方向摆角成60°角，已知重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　）
A．磁场方向竖直向上或向下，大小为
B．磁场方向竖直向上或向下，大小为
C．增长绝缘细线长度，其余条件不变，金属棒摆角将小于60°
D．增大金属棒长度，其余条件不变，金属棒摆角将大于60°
11．如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（　　）。
A．如果台秤的示数减小，说明磁铁左端是N极 B．如果台秤的示数减小，说明磁铁右端是N极
C．无论如何台秤的示数都不可能变化 D．以上说法都不正确
12．电磁炮是一种先进的动能杀伤武器，它是利用磁场对通电导体作用的原理，对金属炮弹进行加速，具有速度快、命中率高等待点．下图中与此工作原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
13．质量为m的金属细杆置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，细杆与导轨间的动摩擦因数为μ，当有电流通过细杆时，细杆恰好静止于导轨上，导轨与细杆处于与纸面平行的匀强磁场中，在如图所示的A、B、C、D四个选项中，细杆与导轨的摩擦力一定不为零的是（　　）
A．B．
C． D．
14．如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度．位于纸面内的细直导线，长，通有的恒定电流，当导线与成夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度的大小可能为（ ）
A． B． C． D．
15．如图所示，PQ、MN是放置在水平面内的光滑导轨，GH是长度为L、电阻为r的导体棒，其中点与一端固定的轻弹簧连接，轻弹簧的劲度系数为k．导体棒处在方向向下、磁感应强度为B的匀强磁场中．图中直流电源的电动势为E、内阻不计，电容器的电容为C．闭合开关，待电路稳定后，下列选项正确的是
A．导体棒中电流为
B．轻弹簧的长度减小
C．轻弹簧的长度增加
D．电容器带电荷量为
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．在B=2T的匀强磁场中放一根与磁场方向垂直、长度为0.8m的通电直导线，若导线中的电流为5A，导线受到的安培力为_____，若将导线沿磁场方向移动了0.5m，求安培力对导线所做的功为_____。
18．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
19．如图所示，在倾角为θ＝的斜面上，固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B＝0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中（导轨与金属棒的电阻不计）。金属导轨是光滑的，取g＝10m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
(1)金属棒所受到的安培力的大小；
(2)滑动变阻器R接入电路中的阻值。
20．如图所示，电源、开关与光滑的金属导轨相连,导轨与水平方向成37°角放置，当导线MN放于导轨上时接通电源,通过MN的电流可达5 A．把整个装置放在竖直方向的匀强磁场中，则MN刚好静止．试画出导线的受力图，并求出磁场B的方向及大小．（已知MN的质量为10 g，长为20 cm，重力加速度g=10m/s2）
21．如图所示，在水平面上固定着金属导轨，金属导轨间的距离，垂直导轨放着质量为100g的金属棒ab，整个装置处于与水平面成的斜向上方向、磁感应强度大小的匀强磁场中，金属棒ab中的电流为1A且金属棒恰好静止；设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。（；，）
（1）金属棒ab受到的安培力的大小和方向；
（2）金属棒受到的摩擦力的大小以及动摩擦因数μ？
22．如图的磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中的两个量的方向，试画出第三个量的方向。（本书用“·”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向里，“⊙”表示电流垂直于纸面向外，“”表示电流垂直于纸面向里。）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
已知电流判断导线所受安培力的方向用左手定则，由左手定则可知，该导线所受安培力的方向为垂直纸面向外。
故选C。
2．C
【详解】
导体棒内通以恒定电流后，棒向外偏转，可知棒受到的安培力向外，由左手定则可知，导体中应通以由a向b的电流．对导体棒受重力，绳的拉力，安培力，侧视图如图（从右向左看）：
由图可得：BIL=mgtan37°，代入数据解得：I=1.5A．
3．C
【详解】
AB．由安培定则判断出通电导线Q在线框处的磁场方向从外向里，根据左手定则，可知外侧电流受安培力向右，内侧电流受安培力向左，从上往下看，导线框将逆时针转动，故AB错误；
C．线框沿顺时针方向转动一个小角度后，靠近导线Q处的边的电流的方向向左，由左手定则可知，其受到的安培力的方向向下，所以整体受力向下，在细绳受力会变得比导线框重力大，故C正确；
D．线框沿逆时针方向转动一个小角度后，电流Q产生的磁场方向从外向里穿过线框，根据安培定则，线框表示磁场的方向也是从外向里，所以线框中心的磁感应强度变大，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】
圆弧导线AC在磁场中的有效长度为
则安培力大小为
根据左手定则判断出安培力方向为垂直AC的连线指向右上方。
故选C。
5．A
【详解】
根据安培力的计算公式可知导线所受的安培力为：F=BIL，故A正确，BCD错误．
6．D
【详解】
A、电场和磁场均是客观存在的特殊物质；电场线和磁感线是人类为了形象地描述电场场而引入的虚拟的线，实际中并不存在，故A错误；
B、处在电场中的电荷一定受到电场力，正电荷受力方向与电场方向一致；在磁场中的通电导线如与磁场方向平行，不受安培力作用，故B错误；
C、零势点是任意选择的，电势为零的地方电场强度不一定为零，故C错误；
D. 根据磁场的性质可知，通电导线与通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的，故D正确．
故选D．
7．C
【详解】
A．在体育乒乓球比赛中，常使乒乓球旋转等，故需考虑乒乓球的大小，所以不能把乒乓球看成质点，所以A错误；
B．带有确定电量的导体球，在研究的问题中，当球自身的大小不能忽略时，就不能不导电球看成点电荷，所以B错误；
C．安培根据通电螺线管外部的磁场和条形磁铁的磁场相似，提出了分子电流假说，分子电流假说认为在原子或者分子等物质微粒内部存在着一种环形电流，它使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，故C正确；
D．在研究安培力时，与电场中的检验电荷作用相当的是一个有方向的电流元，实验过程中应当使电流元的方向跟磁场方向垂直，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】
闭合开关S后，电流通过海水从N流向Q，且船向左运动，海水所受的安培力方向向右，根据牛顿第三定律可知，船体所受的安培力方向向左，再根据左手定则，可知，磁场方向竖直向下，故A正确BCD错误。
故选A。
9．C
【详解】
A．首先在物理学中引入场的概念的是法拉第，故A错误；
B．磁场对电流作用力称之为安培力，是安培发现的，故B错误；
C．伽利略的理想斜面实验说明不受力时匀速直线运动，得出运动不需要力来维持，故C正确；
D．牛顿根据万有引力提供卫星向心力而得出：在足够高的高山上以足够大的水平速度抛出一物体，只要达到第一宇宙速度就会绕地球做圆周运动而不会落下，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】
AB．根据电阻定律可知金属棒的电阻为
①
通过金属棒的电流为
②
当磁场方向竖直向上或向下时，金属棒所受安培力水平向右或向左，都可以使金属棒与竖直方向成一定角度。金属棒所受安培力大小为
③
当摆角为60°时，根据平衡条件有
④
联立①②③④解得
⑤
故A错误，B正确；
CD．根据⑤式可推知金属棒摆角的正切值为
⑥
由⑥式可知θ与绝缘细线的长度无关，与金属棒的质量成反比，所以增长绝缘细线长度，其余条件不变，金属棒摆角将不变；增大金属棒长度，其余条件不变，则金属棒质量增大，摆角将小于60°，故CD错误。
故选B。
11．B
【详解】
AB．如果台秤的示数减小，说明电流对磁铁的作用力向上，根据牛顿第三定律得到磁体对电流的安培力向下，根据左手定则，电流所在位置磁场方向向左，故磁体右侧为N极，左侧为S极，故A错误，B正确；
由AB分析可得CD均错误。
故选B。
12．D
【详解】
A项：图中实验装置，无电源，研究电磁感应现象，故A错误；
B项：图中实验为电流的磁效应，故B错误；
C项：图中的实验时探究带电体的性质，故C错误；
D项：图中实验装置，有电源，研究通电导体在磁场中受力，故D正确．
故选D．
13．AC
【详解】
A．通电细杆受竖直向下的重力、水平向左的安培力和垂直于斜面向上的支持力，可知这三个力的合力不可能等于0，通电细杆一定受摩擦力，故A正确；
B．通电细杆受竖直向下的重力、竖直向上的安培力，当重力与竖直向上的安培力大小相等时，则摩擦力为0，如果重力大于竖直向上的安培力大小，则通电细杆还受垂直于斜面向上的支持力和摩擦力，故B错误；
C．通电细杆受竖直向下的重力、竖直向下的安培力、和垂直于斜面向上的支持力，这三个力的合力不可能等于0，所以通电细杆若要处于平衡，一定受沿斜面向上的摩擦力，故C正确；
D．通电细杆受竖直向下的重力、水平向右的安培力、和垂直于斜面向上的支持力，可知这三个力的合力可能等于0，通电细杆可能受摩擦力，也可能不受，故D错误。
故选AC。
14．ABC
【详解】
试题分析：如果通电导线所受磁场力为零，则说明电流方向与磁场方向平行，说明该区域同时存在的另一匀强磁场，并且与的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向，如图所示：
由三角形定则可知，当与合磁场（通电导线）垂直时，磁场最小，
则，所以B2的不可能值为，故ABC正确，D错误．
15．BD
【详解】
A. 根据欧姆定律，导体棒中的电流为：I=，故A错误；
B. 由左手定则知导体棒受的安培力向左，则弹簧长度减少，由平衡条件：BIL=k△x
代入I得：△x=，故B正确，C错误；
D. 电容器上的电压等于导体棒两端的电压，Q=CU=，故D正确；
故选BD.
16．垂直
【详解】
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． 8N 0　
【详解】
由公式可得安培力的大小为
F=BIL=2×5×0.8N=8N
安培力方向：则由左手定则可确定安培力的方向是与电流方向垂直，所以安培力与导线运动方向垂直，所以安培力对导线所做的功为零。
18． 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；
19．(1)；(2)
【详解】
(1)金属棒静止在金属导轨上受到重力、支持力和沿斜面向上的安培力，由受力平衡
代入数据得
(2) 由
F安=BIL
解得：
设滑动变阻器接入电路的阻值为R，根据闭合电路欧姆定律得
代入数据得
20．0.075T，方向竖直向上
【详解】
磁场方向在竖直方向，由左手定则可知，导体MN所受安培力在水平方向，要使导体MN静止，安培力必须水平向右．由左手定则可知磁场方向竖直向上．
对MN棒受力分析，根据共点力平衡得F=mgtanθ，
又F=BIL，
解得
21．（1）1N，与水平面成37°斜向下；（2），0.5
【详解】
（1）由
得
与水平面成37°斜向下。
（2）对金属棒ab受力分析可知：水平方向
得
竖直方向
又
解得
22．图甲
图乙
图丙
【详解】
电流、磁场和安培力三者之间的关系满足左手定则，根据左手定则分别判断后得出第三个量的方向如图所示。
图甲
图乙
图丙
答案第1页，共2页