1.1磁场对通电导线的作用力同步练习 （word版含答案）

人教版（2019）选择性必修二 1.1 磁场对通电导线的作用力 同步练习
一、单选题
1．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，一边长为L的正方形线圈处在磁场中，线圈a、b边所在的位置磁感应强度的大小都为B。当通有大小为I、方向如图乙的电流时，下列说法正确的是（　　）
A．由于线圈a、b边所在的位置磁感应强度的大小都为B，则该磁场为匀强磁场
B．穿过正方形线圈的磁通量大小为BL2
C．正方形线圈的左边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
D．正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
2．如图所示，长为L的导体棒ab，用软导线悬挂在磁感应强度为B的、方向水平的匀强磁场中，若通以从a→b的电流，悬线中有拉力。为了增大悬线拉力，下列方法可以实现的是（　　）
A．磁场方向不变，增加磁感应强度
B．电流方向不变，增加电流强度
C．电流方向和磁场方向同时反向
D．磁场方向反向，电流方向不变
3．如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住处于静止状态。图中圆圈为垂直于纸面放置的直导线的横截面，当导线中无电流时，磁铁对斜面的压力为；当导线中有电流通过时，磁铁对斜面的压力为。下列说法正确的是(　　)
A．若导线位于图中位置1且电流方向向外，则
B．若导线位于图中位置1且电流方向向里，则弹簧伸长量增大
C．若导线位于图中位置2且弹簧伸长量增大，则导线中电流方向向里
D．若导线位于图中位置2且弹簧伸长量增大，则
4．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．c处的导线所受安培力的方向与ab边垂直且指向左边
B．c处的导线所受安培力的方向与ab边平行且竖直向上
C．若取走c处的导线，c处的磁感应强度方向垂直ab边且指向左边
D．若取走c处的导线，c处的磁感应强度变为0
5．如图所示，四根长直导线垂直纸面放置，其横截面位于一边长为a的正方形顶点A、C、D、E上.四根导线中均通以大小为的恒定电流，电流方向如图所示，已知载流长直导线周围某点的磁感应强度，式中k为常量，I为导线中的电流，r为该点到导线的距离。下列说法正确的是（　　）
A．A处导线所受安培力方向从A指向D
B．A处长为L的一段导线所受安培力大小为
C．若仅改变D处导线中的电流方向，A处导线所受安培力大小变为原来的2倍
D．若仅改变E处导线中的电流方向，A处导线所受安培力大小变为原来的倍
6．用两根轻质柔软导线悬挂一根长为L、质量为m的导体棒MN在天花板上P、Q两点，空间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向始终垂直于导体棒，对导体棒通入电流I，稳定后发现悬挂导体棒的导线偏离竖直方向某一夹角θ，如图所示。重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A．电流方向由M到N
B．磁场方向竖直向上时，有tan θ＝
C．磁场方向可能垂直于PQNM平面
D．若BIL7．如图所示，在倾角为30°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，导体棒中电流为I。要使导体棒静止在斜面上，需要外加竖直向下的匀强磁场的磁感应强度B为（　　）
A． B． C． D．
8．了解物理规律的发展过程，学会像科学家那样观察和思考，是我们学习过程中重要的一环。下列说法符合事实的是（ ）
A．安培首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人
B．丹麦物理学家斯特首先提出用电场线来描述电场
C．库仑首先通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律
D．安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的现律
9．如图所示，质量分布均匀的两段通电直导线ab、cd ，两根导线相互垂直放置，电流方向如图所示。已知导线cd固定，导线ab可以自由移动、转动。则通电后导线ab在安培力作用下将（　　）
A．保持与导线cd垂直向上移动
B．保持与导线cd垂直向下移动
C．保持与导线cd垂直向右移动
D．向下移动并发生转动，同时远离cd
10．如图所示，将一个半径为的导电金属圆环串联接入电路中，电路的电流强度为，接入点a、b是圆环直径上的两个端点，流过圆弧和的电流相等。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力为（　　）
A．0 B． C． D．
11．仔细观察四幅图，你认为说法正确的是（　　）
①图（1）中是通电导线周围存在磁场的实验，这是物理学家法拉第通过实验首先发现
②图（2）中，标有“，”的电容器，极板上所带的电荷量最多为
③图（3）中的导电液体通电后在磁场中将会旋转，从上往下看做逆时针旋转
④图（4）是一只金属电阻温度计，其金属丝的电阻值随温度的升高而增大
A．③④ B．①② C．①③ D．②④
12．如图，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于、，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为（　　）
①z正向， ②y正向，
③z负向， ④沿悬线向上，
A．①② B．③④ C．①④ D．②③
13．电磁炮是一种新式兵器，炮弹的出射速度可达当前海军舰炮的3倍以上，其原理是利用磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速。图为电磁炮的示意图，两根间距为的光滑平行金属导轨、固定在水平面内，质量为的金属炮弹垂直于、放在轨道上，距轨道右端的距离为，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，闭合开关后，恒流源输出的电流恒为，炮弹由静止开始加速距离后脱离导轨高速射出，不计导轨及导体棒的电阻，不计空气阻力，则此过程中恒流源输出的最大功率为（　　）
A． B． C． D．
14．如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根用同种材料制作的导体棒a、b、c，其中b最短，c为直径与b等长的半圆，导体的电阻与其长度成正比，导轨电阻不计。现将装置置于向下的匀强磁场中，接通电源后，三根导体棒中均有电流通过，则它们受到安培力的大小关系为（　　）
A．Fa>Fb=Fc B．Fa=Fb>Fc C．Fa=Fb=Fc D．Fa>Fb>Fc
15．如图所示，将长为2L的直导线折成边长相等、夹角为60°的“V”形，并置于与其所在平面垂直的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B。当该“V”形导线受到的安培力大小为F时，通电导线中的电流为（　　）
A． B． C． D．
二、填空题
16．如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度B=2T，有一段长L=2m的导线垂直磁场方向放置，当导线中通以I=0.5A的水平向右的电流时，则导线所受安培力的方向是垂直导线___（填向上或向下）；导线所受到的安培力F的大小为___。
17．如图，长度均为L的长直导体棒a、b平行置于光滑绝缘水平桌面，b棒固定，a棒与力传感器相连。当a、b中分别通以大小为Ia、Ib的恒定电流时，a棒静止，传感器受到a给它水平向左、大小为F的拉力。则a、b中的电流方向______（选填“相同”或“相反”），a中电流在b棒所在处产生的磁感应强度大小为______。
18．某小组利用如图所示的装置测定磁极间的磁感应强度，在力传感器下端挂一个n匝矩形线圈，将线圈的短边完全置于磁极之间的磁场（可视为匀强磁场）中并使平面与磁极的连线垂直。断开电路，线圈静止时力传感器的读数为F1；接通电路，线圈中的电流强度为I时，力传感器的读数为F2（F219．匀强磁场中有一根长度为0.5m重力为5N垂直于纸面水平放置的导体棒，用细线悬挂于O点，当导体棒通入方向垂直纸面向内的4A电流时，处于如图所示的静止状态，图中细线与竖直方向成30°夹角。磁场磁感应强度的最小值为________T，方向是___________。
三、解答题
20．如图所示，ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场中，通以5 A的电流时，质量为0.36 kg的金属棒MN沿导轨做匀速运动；当棒中电流增大到8 A时，棒能获得2 m/s2的加速度。已知金属棒受到的磁场力方向水平，求匀强磁场的磁感应强度的大小。
21．如图所示，倾角、宽度的光滑导轨，处于竖直向下的匀强磁场中。电源的电动势、内阻，电动机两端所加的电压、消耗的电功率、其线圈的电阻，质量的导体棒与导轨垂直且处于静止状态。重力加速度取，。
（1）求电动机对外做功的功率；
（2）求磁场的磁感应强度的大小；
（3）仅改变磁场，仍使导体棒处于静止状态，求磁感应强度的最小值和方向。
22．如图所示，在同一平面的两光滑导轨相互平行，与水平面间的夹角为37°，相距2m，并处于竖直向上的匀强磁场中，一根质量为0.8Kg的金属棒ab放在导轨上，与导轨垂直，通以如图所示的电流。当金属棒中的电流为5A时，金属棒向上做匀速直线运动，当金属棒中的电流增加到8A时，金属棒将获得加速度a。重力加速度为求：
（1）磁场的磁感应强度；
（2）加速度a的大小。
23．电磁弹射器是航空母舰上的一种舰载机起飞装置，如图所示，飞机前轮下连有一牵引杆，起飞前牵引杆伸出至上下导轨之间，储能装置提供瞬发能量，强大的电流从导轨流经牵引杆，牵引杆在安培力作用下带动飞机运行至高速。
（1）请判断图中电磁弹射器工作时磁场的方向。
（2）请根据上述信息，自设物理量，推导出飞机从静止、加速到起飞，起飞轨道至少需要多长。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A.线圈a、b边所在的位置磁感应强度的大小都为B，但不同位置处磁感应强度的方向不同，则该磁场不是匀强磁场，A错误；
B.由题图乙可知，穿过正方形线圈的磁通量大小为零，B错误；
C.正方形线圈的左边导线受到的安培力大小为BIL，由左手定则可知方向向上，C正确；
D.正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向下的安培力，D错误。
故选C。
2．D
【详解】
当给导线通以从a→b的电流时，由左手定则知导线受磁场安培力竖直向上，根据受力平衡知悬线中张力小于重力。为了增大悬线拉力，则安培力应向上变小，或安培力反向增大。
A．磁场方向不变，增加磁感应强度，则安培力变大，故A错误；
B．电流方向不变，增加电流强度，则安培力变大，故B错误；
C．电流方向和磁场方向同时反向，则安培力不变，故C错误；
D．磁场方向反向，增加磁感应强度，则安培力反向（向下），且大小变大，故D正确。
故选D。
【点评】
学会区分左手定则与右手定则，前者是判定安培力的方向，而后者是判定感应电流的方向。
3．C
【详解】
A．条形磁铁的外部磁场方向是由N极指向S级，位置1的磁场方向沿斜面向下，位置2的磁场方向斜向左上方，若导线位于图中位置1且电流方向向外，根据左手定则可得导线所受安培力的方向为垂直斜面向下，由牛顿第三定律可得导线对磁铁的反作用力垂直斜面向上，可知磁铁对斜面的压力减小，有FN1>FN2，故A错误；
B．若导线位于图中位置1且电流方向向里，根据左手定则可得导线所受安培力的方向为垂直斜面向上，由牛顿第三定律可得导线对磁铁的反作用力垂直斜面向下，但弹簧的弹力大小仍等于磁铁重力沿斜面方向的分力，大小不变，则弹簧的伸长量不变，故B错误；
CD．若导线位于图中位置2且弹簧的伸长量增大，可知导线对磁铁的反作用力沿斜面方向的分力向下，垂直于斜面方向的分力向下，从而使弹簧的弹力增大，也使磁铁对斜面的压力增大，有FN1故选C。
4．A
【详解】
AB． 根据同向电流相互吸引，a、b对c的引力大小相等，所以c处的导线所受安培力的方向与ab边垂直且指向左边，A正确，B错误；
CD． 若取走c处的导线，根据安培定则和叠加原理，c处的磁感应强度方向竖直向下，CD错误；
故选A。
5．D
【详解】
A．根据安培定则可知，C、D、E在A处磁感应强度的方向，又载流长直导线周围某点的磁感应强度为
可得，由磁感应强度的叠加法则得，C、D、E在A处磁感应强度的方向垂直AD连线斜向左下方，根据左手定则，可知A处导线所受安培力方向从D指向A，A错误；
B．由磁感应强度的叠加法则得，C、D、E在A处磁感应强度大小为
故A处长为L的一段导线所受安培力大小为
B错误；
C．若仅改变D处导线中的电流方向， A处长为L的一段导线所受安培力大小为
则A处导线所受安培力大小变为原来的3倍，C错误；
D．若仅改变E处导线中的电流方向，由磁感应强度的叠加法则得，C、D、E在A处磁感应强度大小为
则A处导线所受安培力大小变为原来的倍，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．由于磁场和电流方向均未知，因此不能确定它们的方向，故A错误；
B．当磁场方向竖直向上时，对导体棒受力分析有
故B错误；
C．导体棒受到重力mg、悬线拉力FT和安培力FA而平衡，如图所示
由此可判断安培力的方向在虚线a、b之间，则磁场方向不可能垂直于PQNM平面，故C错误；
D．当BIL分析图可知，当FA与导线拉力垂直时，θ取得最大值，由左手定则可知磁场方向平行于PQNM，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
当磁场方向竖直向下时，有共点力平衡可知
解得
故选A。
8．C
【详解】
A．奥斯特首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人，故A错误；
B．英国物理学家法拉第首先提出用电场线来描述电场，故B错误；
C．库仑首先通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律，故C正确；
D．左手定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的现律，安培定则用来判断通电导线或线圈周围的磁场方向，故D错误。
故选C。
9．D
【详解】
由直导线cd电流方向，可以用安培定则来确定导线ab处的磁场垂直纸面向外， 根据左手定则可知，判断a端受到向下的安培力，b端也受向下的力
离导线越远，磁场越弱，则a端的安培力较大，从而使得ab杆发生转动，转动到电流方向相反过程中，出现相互排斥，ab将远离cd。
ABC错误，D正确。
故选D。
10．D
【详解】
流过圆弧和的电流相等，电流方向向右，由电路可知，其电流大小为，圆弧所受的安培力为
是指导线首尾相连的直线的长度，故圆弧段所受的安培力为
由左手定则知方向向下，同理可得受的安培力大小为，方向向下，金属圆环受到的安培力为，D正确。
故选D。
11．A
【详解】
①图（1）中是通电导线周围存在磁场的实验，这是物理学家奥斯特通过实验首先发现，①错误；
②图（2）中，标有“，”的电容器，说明这个电容器的额定电压为5.5V，电容量为1.0F，由Q=CU可得
极板上所带的电荷量最多为5.5C，②错误；
③图（3）中的导电液体通电后在磁场中将会旋转，由左手定则可知，导电液体通电后在磁场中受到磁场力作用，从上往下看做逆时针旋转，③正确；
④图（4）是一只金属电阻温度计，其金属丝的电阻值随温度的升高而增大，④正确。
综上所述③④正确，即A正确，BCD错误。
故选A。
12．D
【详解】
若磁感应强度方向沿z轴方向，根据左手定则，要使导线保持静止，则磁感应强度方向必沿z轴负向，故①错误；
若磁感应强度方向沿y轴正向，受力如图
根据平衡条件有
解得
故②正确；
若磁感应强度方向沿z轴负向，受力如图
根据平衡条件有
解得
故③正确；
若磁感应强度方向沿悬线向上，根据左手定则，安培力垂直悬线向下，受力不可能平衡，故④错误。
故选D。
13．C
【详解】
由于电流不变，金属炮弹受到的安培力大小
炮弹在导轨上做匀加速直线运动，加速度大小
炮弹到达导轨右端时速度最大，由
得最大速度
所以恒流源输出的最大功率
选项C正确。
14．B
【详解】
设a、b两棒的长度分别为La和Lb，C的直径为d；由于导体棒都与匀强磁场垂直，则：
a、b两棒所受的安培力大小分别为
Fa=BIaLa
Fb=BIbLb=BIbd
Fc=BIcd
因
则
因
则
因
则
则
Fa=Fb>Fc
故B正确，ACD错误。
故选B。
15．B
【详解】
导线在磁场内有效长度为
又根据公式，可得该V形通电导线受到安培力大小为
则通电导线中的电流为
ACD错误，B正确。
故选B。
16． 向上 2N
【详解】
[1]根据左手定则，导线所受安培力的方向是垂直导线向上。
[2] 导线所受到的安培力
17． 相同
【详解】
[1] a棒静止，传感器受到a给它水平向左、大小为F的拉力,说明两导体棒互相吸引，则a、b中的电流方向相同；
[2] a中电流在b棒所在处产生的磁感应强度大小为
18．
【详解】
[1]设线圈的重力为mg，依题意
解得
[2]依题意
解得
19． 1.25 沿绳并指向左上方
【详解】
[1][2]对导体棒受力分析如图所示，
绝缘线与竖直方向的夹角为θ=30°，磁感应强度B最小时，导体棒所受安培力与绝缘线应垂直，据平衡条件可得
mgsin30°=F=BminIL
解得最小的磁感应强度为
根据左手定则可判断磁感应强度的方向沿绳并指向左上方。
20．
【详解】
设磁感应强度为B，金属棒与轨道间的动摩擦因数为μ，金属棒的质量为m，金属棒在磁场中的有效长度L=2 m。当棒中的电流I1=5 A时，金属棒所受到的磁场力与轨道对棒的滑动摩擦力平衡，金属棒做匀速直线运动。由平衡条件可得
当金属棒中的电流I2=8 A时，棒做加速运动，加速度大小为a，根据牛顿第二定律得
联立解得
21．（1）3.68W；（2）0.75T；（3）0.6T，方向垂直导轨平面向下
【详解】
（1）通过电动机的电流为
电动机对外做功的功率
（2）导体棒与导轨垂直且处于静止状态，根据平衡条件
解得
其中，安培力
根据闭合电路欧姆定律
解得
，
（3）当磁场方向垂直导轨平面向下时，安培力沿导轨向上，此时磁感应强度最小
解得
22．（1）；（2）
【详解】
（1）由三力平衡的关系可得
得
（2）由牛顿第二定律可得
得
23．(1)竖直向上；(2)
【详解】
(1)由左手定则得，电磁弹射器工作时磁场方向竖直向上。
(2)设下导轨宽为，匀强磁场，电流是，飞机总质量，起飞速度为，取，不计摩擦及空气阻力，则牵引杆受到的安培力
解得
根据速度位移公式得
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页