1.1安培力及其应用 同步练习（Word版含解析）
文档属性
| 名称 | 1.1安培力及其应用 同步练习（Word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-08 02:44:22 | ||
图片预览
文档简介
鲁科版 （2019）选择性必修第二册 1.1 安培力及其应用
一、单选题
1．下列关于磁场的说法正确的是（ ）
A．地磁场的南极与地球的北极完全重合
B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针的S极在此处的受力方向一致
C．磁场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，是物质存在的一种形式
D．长度为L、电流为I的通电导线在磁场中受到的安培力大小为F，则磁感应强度B的大小一定等于
2．如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流I时，水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上，空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若电流和磁场的方向均不变，仅将磁感应强度大小变为4B，重力加速度为g，则此时（ ）
A．金属细杆中的电流方向垂直于纸面向外
B．金属细杆受到的安培力大小为4BILsinθ
C．金属细杆对斜面的压力大小变为原来的4倍
D．金属细杆将沿斜面加速向上运动，加速度大小为3gsinθ
3．如图所示，垂直穿过纸面的三根导线a，b和c分别位于等边三角形的三个顶点，通有大小为I、I和的恒定电流，方向如图。导线c所受安培力的方向（ ）
A．与边平行，竖直向上 B．与边平行，竖直向下
C．与边垂直，指向左边 D．与边垂直，指向右边
4．一根长为0.2m、通有2A电流的通电导线放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，则其受到的安培力的大小可能是（ ）
A．0.5N B．0.4N C．0.3N D．0.1N
5．下列说法正确的是（ ）
A．磁感线从S极出发，终止于N极
B．磁感线的疏密程度表示该位置磁场的强弱
C．若通电导线不受安培力作用，则该处一定无磁场
D．线圈平面与匀强磁场垂直时，穿过该平面的磁通量为零
6．下列关于磁场的相关描述及判定，正确的是（ ）
A．图甲中表示条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止
B．图乙中两个平行放置的通电线圈通入同方向的电流，它们之间存在图示方向的磁场
C．图丙中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动
D．图丁中通有方向相反电流的两导线之间存在斥力，两斥力是一对平衡力
7．如图所示，两个完全相同的闭合导线环挂在光滑绝缘的水平横杆上，当导线环中通有同向电流时，两导线环的运动情况是（ ）
A．互相吸引，电流大的环其加速度也大
B．互相排斥，电流小的环其加速度较大
C．互相吸引，两环加速度大小相同
D．互相排斥，两环加速度大小相同
8．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
9．如图所示，三根相互平行的水平长直导线通有大小相等且方向相同的电流I，其中P、Q、R为导线上三个点，三点连成的平面与导线垂直，O为PQ连线的中点，且QR=PR。则下列判断正确的是（ ）
A．R点的磁感应强度方向竖直向上
B．P点的磁感应强度方向竖直向下
C．R点与O点的磁感应强度相同
D．在离Q、R两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置
10．某同学要测量德州市某点地磁场的磁感应强度，选取的电流元的电流大小为I，长度为L。测得电流元竖直放置时地磁场对它的力的大小为；水平东西放置时地磁场对它的力的大小为，设地磁场在该点磁感应强度的大小为B，与水平方向的夹角为，则（ ）
A．，
B．，
C．，
D．，
11．某兴趣小组制作了一个简易的“转动装置”，如图甲所示，在干电池的负极吸上两块圆柱形强磁铁，然后将一金属导线折成顶端有一支点、底端开口的导线框，并使导线框的支点与电源正极、底端与磁铁均良好接触但不固定，图乙是该装置的示意图。若线框逆时针转动（俯视），下列说法正确的是（ ）
A．线框在外太空运行的空间站里不能转动 B．线框转动稳定时靠地磁场驱动
C．若将磁铁的两极对调，则线框转动方向不变 D．磁铁导电且与电池负极接触的一端是极
12．现有一通电螺线管竖直固定于水平桌面右侧，螺线管中通有如图所示的恒定电流I1，通电螺线管的左侧固定一通电水平直导线M，直导线M中通有垂直于纸面向外的恒定电流I2。纸面内，以通电直导线M为圆心的圆上有A、B、C、D四点，其中A、C连线为圆的竖直直径，B、D连线为圆的水平直径。已知D点的磁感应强度方向竖直向上，忽略地磁场的影响。下列说法正确的是（ ）
A．A点的磁感应强度大于C点的磁感应强度
B．B点的磁感应强度大于D点的磁感应强度
C．通电直导线M在图示位置时，通电螺线管所受直导线M对它的安培力水平向右
D．将通电直导线M水平向右移动到D点的过程中，通电螺线管所受直导线M对它的安培力逐渐减小
13．如图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T，方向与竖直线成30°角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为（ ）
A．0.1 A B．0.2 A C．0.05 A D．0.01 A
14．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
15．如图所示，两平行光滑金属导轨固定在绝缘斜面上，导轨间距为L，劲度系数为k的轻质弹簧下端固定，上端与水平直导体棒ab相连，弹簧与导轨平面平行并与ab垂直，直导体棒垂直跨接在两导轨上，空间存在垂直导轨平面斜向上的匀强磁场。闭合开关S后，导体棒中的电流为I，导体棒平衡时，弹簧压缩量为x1；调转图中电源极性使棒中电流反向，导体棒中电流仍为I，导体棒平衡时弹簧拉伸量为x2，忽略回路中电流产生的磁场，弹簧形变均在弹性限度内，则磁感应强度B的大小为（ ）
A． B． C． D．
二、填空题
16．在赤道附近的地磁场可看做是沿南北方向的匀强磁场，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15m，通有从东向西的电流10A，问地磁场对这根导线的作用力大小为______，方向为______。
17．磁电式电流表
（1）原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到___________而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就___________，根据指针的___________，可以知道被测电流的方向。
（2）构造：___________、___________、螺旋弹簧、指针、极靴。
（3）特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小___________。
（4）优点：灵敏度高，可以测出___________的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流___________
（5）如图所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为l，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向。_______、______、______、_______。
18．如图所示为两根互相平行的通电导线、的横截面图，、的电流方向已在图中标出，那么导线中电流产生的磁场的磁感线环绕方向为_____（选填“顺时针”或“逆时针”），导线所受的磁场力的方向为_____（选填“向左”或“向右”）。
三、解答题
19．请根据安培力的有关内容，结合图讨论电动机的转动原理。
20．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。
21．如图所示，在倾角=30°的斜面上固定一平行金属导轨，导轨间距L=0.25m,两导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E=12V，内阻不计的电池，一质量m=0.2kg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），金属棒ab与导轨间的动摩擦因数，求滑动变阻器R的阻值在什么取值范围时，可使金属棒静止在导轨上？取g=10m/s2。
22．中国在军事上有了顶级杀手铜，电磁炮技术取得巨大成功，舰载电磁炮已经进行实弹射击，测试性能相当优秀，海洋强国指日可待。电磁炮的原理模型如图所示，光滑水平加速导轨M、N电阻不计，轨道的宽度为L=0.2m，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T，“弹体”总质量m=0.02kg，弹体在轨道间的电阻R=1Ω，可控电源的电动势可以调控，若初态E=1V、内阻r=4Ω，以保证“电磁炮”匀加速发射，不计空气阻力。求：
（1）弹体所受安培力大小；
（2）弹体从静止加速到10m/s过程中系统产生的总热量。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．地磁场的南极与地球的北极不重合，存在一个磁偏角，故A错误；
B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针的N极在此处的受力方向一致，故B错误；
C．物质存在由两种形式，一种是实物，看得见摸的着，另一种形式是场类物质，如电场、磁场，像分子、原子等实物粒子一样具有能量，是物质存在的一种形式，C正确；
D．只有当电流垂直于磁场方向时，通电导线在磁场中受到的安培力才等于，不垂直时就不等于，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．直导线受到重力、导轨的支持力和安培力而平衡，安培力垂直于B，只能水平向右，由左手定则知，电流方向应垂直纸面向里，故A错误；
B．根据安培力公式可得受到的安培力大小为
故B错误；
CD．金属细杆水平静止斜面上时，根据平衡条件可得
磁感应强度大小改变时，根据受力分析和牛顿第二定律可得
加速度方向沿斜面加速向上，故C错误，D正确。
故选D。
3．C
【详解】
同向电流相互吸引，则ab对c都是吸引力且大小相等，则导线c所受安培力的方向垂直ab边指向左边。
故选C。
4．D
【详解】
直导线受到的磁场的最大安培力为
F=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N
则导线受到的安培力大小可能是0.1N。
故选D。
5．B
【详解】
A．磁感线是闭合的，在磁体的内部从S极到N极，外部从N极到S极，选项A错误；
B．磁感线的疏密程度表示该位置磁场的强弱，选项B正确；
C．若通电导线不受安培力作用，可能是电流方向与磁场方向平行，而该处不一定无磁场，选项C错误；
D．线圈平面与匀强磁场平行时，穿过该平面的磁通量为零，选项D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．磁感线是闭合曲线，在条形磁铁外部是从N极出发，到S极终止，在其内部是从S极出发，到N极终止，故A错误；
B．由安培定则可知，图中通电线圈产生的磁场在线圈中轴线上是向左的，与右边同向通电线圈产生的磁场叠加后，两线圈之间靠近中间部分近似为匀强电场，可类比一条形磁铁，右侧磁感线进，左侧出磁感线，故B正确；
C．由安培定则可知，通电导线在其下方产生的磁场是垂直纸面向内的，所以下方小磁针的N极向纸面内转动，故C错误；
D．两通电导线之间的作用力是借助各自磁场发生相互作用的，属于作用力反作用力的关系，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，知两线圈的运动情况是相互靠近。由牛顿第二、三定律可知两环加速度大小相同。
故选C。
8．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。
9．D
【详解】
根据右手螺旋定则和磁场的叠加原理，可以得到以下结论：
A．R点的磁感应强度沿方向水平，A错误；
B．P点的磁感应强度方向斜向右上方，B错误；
C．R点与O点的磁感应强度大小和方向都不相同，C错误；
D．根据同方向电流相互排斥，反方向电流相互吸引，在离Q、R两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在合力为零的位置，所以磁感应强度为零的位置也不存在，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
因为地磁场的外部磁场的方向由地理南极到地理北极，故地磁场在该点磁感应强度的大小为B，与水平方向的夹角为，所以地磁场在该点水平方向的分磁感应强度为
所以电流元竖直放置时地磁场对它的力的大小为
水平东西放置时地磁场与导线垂直，则此时地磁场对它的力的大小为
解得
故选A。
11．D
【详解】
AB．线框转动是因为通电导线在磁铁产生的磁场中转动，与地磁场无关，故AB错误；
CD．电流方向是正极流向负极，线框逆时针转动（俯视），则受到的安培力为逆时针方向，根据左手定则可知，与电池负极接触的一端是极，如果磁场方向改变，则线框转动方向反向，故C错误，D正确。
故选D。
12．C
【详解】
A．根据右手螺旋定则，通电螺线管在它的左侧产生的磁场方向竖直向上，通电直导线M在A、C两点产生的磁场沿水平方向大小相等，方向相反，根据磁场的叠加，在A、C两点的磁感应强度大小相等，方向不同，A错误；
B．通电直导线M在B、D两点产生的磁场的磁感应强度大小相等，但方向相反，B点竖直向下，D点竖直向上，通电螺线管在B点和D点产生的磁场的磁感应强度方向均竖直向上，所以由磁场叠加原理可知，B点的磁感应强度更小，B错误；
C．通电直导线M在图示位置时，通电螺线管在通电直导线M处产生的磁场的磁感应强度方向竖直向上，根据左手定则可知，通电直导线M所受安培力水平向左，根据牛顿第三定律可知，通电螺线管所受安培力水平向右，C正确；
D．根据通电螺线管周围磁感线分布特点可知，将通电直导线M水平向右移动到D点的过程中，通电直导线M所在位置的磁感应强度逐渐增大，则通电直导线M所受安培力逐渐增大，根据牛顿第三定律可知，通电螺线管所受安培力也逐渐增大，D错误。
故选C。
13．A
【详解】
设线圈的半径为r，则线圈的质量
m＝2nπr×2.5×10－3 kg
磁场的水平分量为Bsin 30°，线圈受到的安培力为
F＝Bsin 30°×I×2nπr
由于线圈所受向上的安培力等于线圈的重力，则
2nπr×2.5×10－3×10＝Bsin 30°×I×2nπr
解得
I＝0.1 A
故选A。
14．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。
15．C
【详解】
弹簧压缩量为x1时，导体棒所受安培力沿斜面向下，根据平衡条件沿斜面方向有
kx1=mgsinα+BIL
电流反向后，导体棒所受安培力沿斜面向上，根据平衡条件沿斜面方向
mgsinα =kx2+BIL
联立可得
故选C。
16． 7.5×10-3N 竖直向下
【详解】
[1]安培力的公式可得
[2]地球的磁场的方向向北，电流的方向向西，由左手定则可得，安培力的方向竖直向下。
17． 安培力 越大 偏转方向 磁铁 线圈 相同 很弱 很弱 ，垂直导线斜向下 ，垂直纸面斜向外 ，垂直导线斜向上 0
【详解】
（1）[1][2][3]原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
（2）[4][5]构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。
（3）[6]特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相同。
（4）[7][8]优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱
（5）[9] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直导线斜向下
[10] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直纸面斜向外
[11] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直导线斜向上
[12] 磁场和电流平行，安培力等于零
18． 顺时针 向右
【详解】
[1]根据安培定则，伸开右手，大拇指与电流方向相同，四指弯曲方向为磁场的方向，知导线a中电流产生的磁场为顺时针方向；
[2]在导线b处，磁场方向竖直向下，根据左手定则，安培力方向水平向右。
19．见解析
【详解】
根据左手定则可知，在图a位置时线圈的cd边受到向下的安培力，ab边受向上的安培力；转到图b位置时，换向器把线圈中的电流方向改变，使得ab边受向下的安培力，cd边受向上的安培力（如图c），当线圈转到图d位置时，换向器又会自动改变线圈中的电流方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。
20．（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
21．
【详解】
由闭合电路欧姆定律
金属杆所受到的安培力为
金属杆与斜面的最大静摩擦力为
当金属杆受到的摩擦力向下，且取最大值时，有
即
解得
当金属杆受到的摩擦力向上，且取最大值时，有
即
联立解得
所以电阻的范围为
22．（1）0.08N；（2）0.5J
【详解】
（1）根据闭合电路欧姆定律可得通过弹体的电流
则弹体所受安培力大小
（2）由牛顿第二定律可知
弹体从静止加速到10m/s的时间
系统产生的总热量
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
一、单选题
1．下列关于磁场的说法正确的是（ ）
A．地磁场的南极与地球的北极完全重合
B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针的S极在此处的受力方向一致
C．磁场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，是物质存在的一种形式
D．长度为L、电流为I的通电导线在磁场中受到的安培力大小为F，则磁感应强度B的大小一定等于
2．如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流I时，水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上，空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若电流和磁场的方向均不变，仅将磁感应强度大小变为4B，重力加速度为g，则此时（ ）
A．金属细杆中的电流方向垂直于纸面向外
B．金属细杆受到的安培力大小为4BILsinθ
C．金属细杆对斜面的压力大小变为原来的4倍
D．金属细杆将沿斜面加速向上运动，加速度大小为3gsinθ
3．如图所示，垂直穿过纸面的三根导线a，b和c分别位于等边三角形的三个顶点，通有大小为I、I和的恒定电流，方向如图。导线c所受安培力的方向（ ）
A．与边平行，竖直向上 B．与边平行，竖直向下
C．与边垂直，指向左边 D．与边垂直，指向右边
4．一根长为0.2m、通有2A电流的通电导线放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，则其受到的安培力的大小可能是（ ）
A．0.5N B．0.4N C．0.3N D．0.1N
5．下列说法正确的是（ ）
A．磁感线从S极出发，终止于N极
B．磁感线的疏密程度表示该位置磁场的强弱
C．若通电导线不受安培力作用，则该处一定无磁场
D．线圈平面与匀强磁场垂直时，穿过该平面的磁通量为零
6．下列关于磁场的相关描述及判定，正确的是（ ）
A．图甲中表示条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止
B．图乙中两个平行放置的通电线圈通入同方向的电流，它们之间存在图示方向的磁场
C．图丙中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动
D．图丁中通有方向相反电流的两导线之间存在斥力，两斥力是一对平衡力
7．如图所示，两个完全相同的闭合导线环挂在光滑绝缘的水平横杆上，当导线环中通有同向电流时，两导线环的运动情况是（ ）
A．互相吸引，电流大的环其加速度也大
B．互相排斥，电流小的环其加速度较大
C．互相吸引，两环加速度大小相同
D．互相排斥，两环加速度大小相同
8．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
9．如图所示，三根相互平行的水平长直导线通有大小相等且方向相同的电流I，其中P、Q、R为导线上三个点，三点连成的平面与导线垂直，O为PQ连线的中点，且QR=PR。则下列判断正确的是（ ）
A．R点的磁感应强度方向竖直向上
B．P点的磁感应强度方向竖直向下
C．R点与O点的磁感应强度相同
D．在离Q、R两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置
10．某同学要测量德州市某点地磁场的磁感应强度，选取的电流元的电流大小为I，长度为L。测得电流元竖直放置时地磁场对它的力的大小为；水平东西放置时地磁场对它的力的大小为，设地磁场在该点磁感应强度的大小为B，与水平方向的夹角为，则（ ）
A．，
B．，
C．，
D．，
11．某兴趣小组制作了一个简易的“转动装置”，如图甲所示，在干电池的负极吸上两块圆柱形强磁铁，然后将一金属导线折成顶端有一支点、底端开口的导线框，并使导线框的支点与电源正极、底端与磁铁均良好接触但不固定，图乙是该装置的示意图。若线框逆时针转动（俯视），下列说法正确的是（ ）
A．线框在外太空运行的空间站里不能转动 B．线框转动稳定时靠地磁场驱动
C．若将磁铁的两极对调，则线框转动方向不变 D．磁铁导电且与电池负极接触的一端是极
12．现有一通电螺线管竖直固定于水平桌面右侧，螺线管中通有如图所示的恒定电流I1，通电螺线管的左侧固定一通电水平直导线M，直导线M中通有垂直于纸面向外的恒定电流I2。纸面内，以通电直导线M为圆心的圆上有A、B、C、D四点，其中A、C连线为圆的竖直直径，B、D连线为圆的水平直径。已知D点的磁感应强度方向竖直向上，忽略地磁场的影响。下列说法正确的是（ ）
A．A点的磁感应强度大于C点的磁感应强度
B．B点的磁感应强度大于D点的磁感应强度
C．通电直导线M在图示位置时，通电螺线管所受直导线M对它的安培力水平向右
D．将通电直导线M水平向右移动到D点的过程中，通电螺线管所受直导线M对它的安培力逐渐减小
13．如图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T，方向与竖直线成30°角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为（ ）
A．0.1 A B．0.2 A C．0.05 A D．0.01 A
14．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
15．如图所示，两平行光滑金属导轨固定在绝缘斜面上，导轨间距为L，劲度系数为k的轻质弹簧下端固定，上端与水平直导体棒ab相连，弹簧与导轨平面平行并与ab垂直，直导体棒垂直跨接在两导轨上，空间存在垂直导轨平面斜向上的匀强磁场。闭合开关S后，导体棒中的电流为I，导体棒平衡时，弹簧压缩量为x1；调转图中电源极性使棒中电流反向，导体棒中电流仍为I，导体棒平衡时弹簧拉伸量为x2，忽略回路中电流产生的磁场，弹簧形变均在弹性限度内，则磁感应强度B的大小为（ ）
A． B． C． D．
二、填空题
16．在赤道附近的地磁场可看做是沿南北方向的匀强磁场，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15m，通有从东向西的电流10A，问地磁场对这根导线的作用力大小为______，方向为______。
17．磁电式电流表
（1）原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到___________而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就___________，根据指针的___________，可以知道被测电流的方向。
（2）构造：___________、___________、螺旋弹簧、指针、极靴。
（3）特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小___________。
（4）优点：灵敏度高，可以测出___________的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流___________
（5）如图所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为l，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向。_______、______、______、_______。
18．如图所示为两根互相平行的通电导线、的横截面图，、的电流方向已在图中标出，那么导线中电流产生的磁场的磁感线环绕方向为_____（选填“顺时针”或“逆时针”），导线所受的磁场力的方向为_____（选填“向左”或“向右”）。
三、解答题
19．请根据安培力的有关内容，结合图讨论电动机的转动原理。
20．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。
21．如图所示，在倾角=30°的斜面上固定一平行金属导轨，导轨间距L=0.25m,两导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E=12V，内阻不计的电池，一质量m=0.2kg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），金属棒ab与导轨间的动摩擦因数，求滑动变阻器R的阻值在什么取值范围时，可使金属棒静止在导轨上？取g=10m/s2。
22．中国在军事上有了顶级杀手铜，电磁炮技术取得巨大成功，舰载电磁炮已经进行实弹射击，测试性能相当优秀，海洋强国指日可待。电磁炮的原理模型如图所示，光滑水平加速导轨M、N电阻不计，轨道的宽度为L=0.2m，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T，“弹体”总质量m=0.02kg，弹体在轨道间的电阻R=1Ω，可控电源的电动势可以调控，若初态E=1V、内阻r=4Ω，以保证“电磁炮”匀加速发射，不计空气阻力。求：
（1）弹体所受安培力大小；
（2）弹体从静止加速到10m/s过程中系统产生的总热量。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．地磁场的南极与地球的北极不重合，存在一个磁偏角，故A错误；
B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针的N极在此处的受力方向一致，故B错误；
C．物质存在由两种形式，一种是实物，看得见摸的着，另一种形式是场类物质，如电场、磁场，像分子、原子等实物粒子一样具有能量，是物质存在的一种形式，C正确；
D．只有当电流垂直于磁场方向时，通电导线在磁场中受到的安培力才等于，不垂直时就不等于，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．直导线受到重力、导轨的支持力和安培力而平衡，安培力垂直于B，只能水平向右，由左手定则知，电流方向应垂直纸面向里，故A错误；
B．根据安培力公式可得受到的安培力大小为
故B错误；
CD．金属细杆水平静止斜面上时，根据平衡条件可得
磁感应强度大小改变时，根据受力分析和牛顿第二定律可得
加速度方向沿斜面加速向上，故C错误，D正确。
故选D。
3．C
【详解】
同向电流相互吸引，则ab对c都是吸引力且大小相等，则导线c所受安培力的方向垂直ab边指向左边。
故选C。
4．D
【详解】
直导线受到的磁场的最大安培力为
F=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N
则导线受到的安培力大小可能是0.1N。
故选D。
5．B
【详解】
A．磁感线是闭合的，在磁体的内部从S极到N极，外部从N极到S极，选项A错误；
B．磁感线的疏密程度表示该位置磁场的强弱，选项B正确；
C．若通电导线不受安培力作用，可能是电流方向与磁场方向平行，而该处不一定无磁场，选项C错误；
D．线圈平面与匀强磁场平行时，穿过该平面的磁通量为零，选项D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．磁感线是闭合曲线，在条形磁铁外部是从N极出发，到S极终止，在其内部是从S极出发，到N极终止，故A错误；
B．由安培定则可知，图中通电线圈产生的磁场在线圈中轴线上是向左的，与右边同向通电线圈产生的磁场叠加后，两线圈之间靠近中间部分近似为匀强电场，可类比一条形磁铁，右侧磁感线进，左侧出磁感线，故B正确；
C．由安培定则可知，通电导线在其下方产生的磁场是垂直纸面向内的，所以下方小磁针的N极向纸面内转动，故C错误；
D．两通电导线之间的作用力是借助各自磁场发生相互作用的，属于作用力反作用力的关系，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，知两线圈的运动情况是相互靠近。由牛顿第二、三定律可知两环加速度大小相同。
故选C。
8．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。
9．D
【详解】
根据右手螺旋定则和磁场的叠加原理，可以得到以下结论：
A．R点的磁感应强度沿方向水平，A错误；
B．P点的磁感应强度方向斜向右上方，B错误；
C．R点与O点的磁感应强度大小和方向都不相同，C错误；
D．根据同方向电流相互排斥，反方向电流相互吸引，在离Q、R两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在合力为零的位置，所以磁感应强度为零的位置也不存在，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
因为地磁场的外部磁场的方向由地理南极到地理北极，故地磁场在该点磁感应强度的大小为B，与水平方向的夹角为，所以地磁场在该点水平方向的分磁感应强度为
所以电流元竖直放置时地磁场对它的力的大小为
水平东西放置时地磁场与导线垂直，则此时地磁场对它的力的大小为
解得
故选A。
11．D
【详解】
AB．线框转动是因为通电导线在磁铁产生的磁场中转动，与地磁场无关，故AB错误；
CD．电流方向是正极流向负极，线框逆时针转动（俯视），则受到的安培力为逆时针方向，根据左手定则可知，与电池负极接触的一端是极，如果磁场方向改变，则线框转动方向反向，故C错误，D正确。
故选D。
12．C
【详解】
A．根据右手螺旋定则，通电螺线管在它的左侧产生的磁场方向竖直向上，通电直导线M在A、C两点产生的磁场沿水平方向大小相等，方向相反，根据磁场的叠加，在A、C两点的磁感应强度大小相等，方向不同，A错误；
B．通电直导线M在B、D两点产生的磁场的磁感应强度大小相等，但方向相反，B点竖直向下，D点竖直向上，通电螺线管在B点和D点产生的磁场的磁感应强度方向均竖直向上，所以由磁场叠加原理可知，B点的磁感应强度更小，B错误；
C．通电直导线M在图示位置时，通电螺线管在通电直导线M处产生的磁场的磁感应强度方向竖直向上，根据左手定则可知，通电直导线M所受安培力水平向左，根据牛顿第三定律可知，通电螺线管所受安培力水平向右，C正确；
D．根据通电螺线管周围磁感线分布特点可知，将通电直导线M水平向右移动到D点的过程中，通电直导线M所在位置的磁感应强度逐渐增大，则通电直导线M所受安培力逐渐增大，根据牛顿第三定律可知，通电螺线管所受安培力也逐渐增大，D错误。
故选C。
13．A
【详解】
设线圈的半径为r，则线圈的质量
m＝2nπr×2.5×10－3 kg
磁场的水平分量为Bsin 30°，线圈受到的安培力为
F＝Bsin 30°×I×2nπr
由于线圈所受向上的安培力等于线圈的重力，则
2nπr×2.5×10－3×10＝Bsin 30°×I×2nπr
解得
I＝0.1 A
故选A。
14．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。
15．C
【详解】
弹簧压缩量为x1时，导体棒所受安培力沿斜面向下，根据平衡条件沿斜面方向有
kx1=mgsinα+BIL
电流反向后，导体棒所受安培力沿斜面向上，根据平衡条件沿斜面方向
mgsinα =kx2+BIL
联立可得
故选C。
16． 7.5×10-3N 竖直向下
【详解】
[1]安培力的公式可得
[2]地球的磁场的方向向北，电流的方向向西，由左手定则可得，安培力的方向竖直向下。
17． 安培力 越大 偏转方向 磁铁 线圈 相同 很弱 很弱 ，垂直导线斜向下 ，垂直纸面斜向外 ，垂直导线斜向上 0
【详解】
（1）[1][2][3]原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
（2）[4][5]构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。
（3）[6]特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相同。
（4）[7][8]优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱
（5）[9] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直导线斜向下
[10] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直纸面斜向外
[11] 磁场和电流垂直，所以安培力为
方向：垂直导线斜向上
[12] 磁场和电流平行，安培力等于零
18． 顺时针 向右
【详解】
[1]根据安培定则，伸开右手，大拇指与电流方向相同，四指弯曲方向为磁场的方向，知导线a中电流产生的磁场为顺时针方向；
[2]在导线b处，磁场方向竖直向下，根据左手定则，安培力方向水平向右。
19．见解析
【详解】
根据左手定则可知，在图a位置时线圈的cd边受到向下的安培力，ab边受向上的安培力；转到图b位置时，换向器把线圈中的电流方向改变，使得ab边受向下的安培力，cd边受向上的安培力（如图c），当线圈转到图d位置时，换向器又会自动改变线圈中的电流方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。
20．（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
21．
【详解】
由闭合电路欧姆定律
金属杆所受到的安培力为
金属杆与斜面的最大静摩擦力为
当金属杆受到的摩擦力向下，且取最大值时，有
即
解得
当金属杆受到的摩擦力向上，且取最大值时，有
即
联立解得
所以电阻的范围为
22．（1）0.08N；（2）0.5J
【详解】
（1）根据闭合电路欧姆定律可得通过弹体的电流
则弹体所受安培力大小
（2）由牛顿第二定律可知
弹体从静止加速到10m/s的时间
系统产生的总热量
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页