1.1磁场对通电导线的作用力同步练习 （word版含答案）
文档属性
| 名称 | 1.1磁场对通电导线的作用力同步练习 （word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-14 05:43:50 | ||
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文档简介
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．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
2．如图所示，将一段裸铜导线弯成心形，A端与电池正极接触，P、Q端与负极相连的小磁铁良好接触．下列说法正确的是（ ）
A．仅根据裸铜线的转动方向和电池的正负极就能判断小磁铁的N、S极
B．从上向下看，裸铜导线在安培力作用下一定逆时针转动
C．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，心形线框转动的方向不变
D．电池的输出功率等于线圈转动的机械功率
3．在恒定磁场中固定一条直导线，先后在导线中通入不同的电流，图像表现的是该导线受力的大小F与通过导线电流I的关系。M、N各代表一组F、I的数据。在下列四幅图中，不可能正确的是（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，把柔软的铝箔条折成天桥状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，使蹄形磁铁横跨过“天桥”，当电池与铝箔接通时（ ）
A．铝箔条中部向左方运动 B．铝箔条中部向下方运动
C．蹄形磁铁对桌面的压力增大 D．蹄形磁铁对桌面的压力减小
5．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
6．如图甲所示为电流天平，此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。它的横臂（图乙）能绕转轴自由转动，轴的两侧臂长度相等。在轴的右侧，沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线，天平最右端导线CD的长度为l。先调整天平处于平衡，把U形导线端放入待测的磁场中（如图丙所示），给U形导线和螺线管分别通以大小为I和I0的电流。CD段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜，在天平的另一端可以加适当的砝码，使天平恢复平衡。设当地重力加速度g＝10m/s2。则下列说法正确的是（ ）
A．在螺线管内部与螺线管轴线平行的一条通电导线所受安培力为
B．若在电流天平的左端增加的砝码质量为m，则长螺线管内部的磁感应强度B为
C．若螺线管内部的磁感应强度B＝0.05T，CD段导线的长度为3cm，U形导线通电电流I＝2.0A，为使天平保持平衡，应在左端悬挂310-4g的砝码
D．假如使通过CD段导线的电流反向，仍可以通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度
7．在“研究影响通电导体棒所受磁场力的因素”实验中，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导体棒摆开一定角度，如图所示。要使导体棒摆开的角度增大，以下操作可行的是（ ）
A．增加导体棒的质量 B．换成磁性较弱的磁铁
C．增大导体棒中的电流 D．改变导体棒中电流的方向
8．如图所示，通电直导线ab在磁铁上方能自由活动，当导线通入图示电流后，ab的运动情况是（从上向下看）（ ）
A．逆时针转动 B．顺时针转动
C．逆时针转动且向下运动 D．顺时针转动且向下运动
9．如图所示，O为四分之一圆弧AC的圆心，D为圆弧中点，整个空间存在一个磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出）。将一垂直纸面的通电直导线沿圆弧从A移到C，已知导线在A处时，O处的磁感应强度恰好为零，则（ ）
A．匀强磁场水平向左
B．导线在C处所受的安培力水平向左
C．导线在C处时，O处的磁感应强度大小为
D．导线在D处时，O处的磁场方向斜向右下方
10．以下物理课本上的图例，没有用到控制变量法的实验是（ ）
A．研究影响平行板电容器的影响因素
B．通过图分析电容器放电量
C．探究导体电阻与其影响因素的定量关系
D．研究磁场对通电导线作用力影响因素
11．小明同学在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R. 若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动，这时电子测力计的示数为；再以恒定的速率v在磁场中竖直向上运动，这时电子测力计的读数为，铜条在磁场中的长度为L。则磁感应强度的大小为（ ）
A． B． C． D．
12．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
13．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
14．如图所示，宽为L的光滑金属导轨与水平面成θ角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上。空间存在着匀强磁场，当回路中电流为I时，金属杆恰好能静止。重力加速度为g，则（ ）
A．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为
B．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为
C．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为
D．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为
15．下列关于相关物理量的描述中正确的是（ ）
A．根据电阻可知，导体的电阻由导体两端的电压和通过导体的电流共同决定
B．根据电动势可知，在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功
C．根据公式可知，磁感应强度的方向与通电导线所受安培力的方向相同
D．根据公式可知，若将电荷量为的正电荷，从A点移动到点克服电场力做功为，则A、两点的电势差为
二、填空题
16．安培力的方向判定用左手定则，伸开左手，使拇指与其余四个手指___________，并且都与手掌在同一个___________内。让磁感线从___________进入，并使四指指向___________的方向，这时___________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
17．闭合导线aba中通入电流I方向如右图所示，匀强磁场B垂直纸面向里，且与闭合导线平面垂直，直导线ab长为L，则闭合导线受到的安培力大小是______，弯曲导线ab受到的安培力大小是_______。
18．如图所示，和是两根长为、质量分别为和的金属棒，用两根等长的细金属杆（重力不计）连接和，形成闭合回路.用两根绝缘细线将整个回路悬于天花板上，使两棒保持水平并处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度。在回路中通以如图所示方向的电流，电流，待稳定后，金属杆与竖直方向的夹角为_________°，每根绝缘细线上的张力为________N。（重力加速度g取）
19．如图所示，质量为m的U型导线框，其质量均匀分布，与长度均为l，宽度为s，导线框置于竖直向上的匀强磁场中，可绕水平轴转动，现给导线框通以方向、电流强度为I的恒定电流，导线框由静止开始从竖直平面向纸外偏转，在达到最大角度为的过程中，安培力对导线框做的功为__________；导线框最终静止时与竖直平面夹角为，则匀强磁场的磁感强度B为__________。
三、解答题
20．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。
21．新型消防电磁炮，其工作原理如图所示：处于两平行水平轨道间的灭火弹（导体）与轨道保持良好接触，并可在导轨上移动。给两导轨接上直流电源，电流从一条轨道流入，通过弹体后从另一条轨道流回。电流在轨道间形成垂直于轨道面的匀强磁场，通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而后高速射出。若已知该消防电磁炮导轨长L=2m，两导轨之间的距离d=0.2m，轨道间的磁感应强度B=5T。质量m=1kg的灭火弹受安培力的作用从轨道左端沿水平轨道由静止开始匀加速运动，离开导轨时的速度v=100m/s。忽略一切摩擦力，求：
（1）灭火弹加速过程中加速度的大小；
（2）灭火弹中电流I的大小。
22．电磁轨道炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。原理如图所示，两根足够长的平行金属导轨水平固定，导体棒ab垂直两导轨放置。恒流电源提供强电流从一根导轨流入，经过导体棒，从另一导轨流回电源，ab棒会被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。若导体棒在发射过程中始终与导轨保持良好接触，阻力不可忽略。电路总电阻为R，电流I方向如图，请根据以上情景回答：
(1)两导轨间的磁场沿什么方向？导体棒在磁场力作用下将沿什么方向运动？简要说明理由；
(2)若将电流反向，导体棒将沿什么方向运动？
(3)在导体棒运动过程中该装置的能量是如何转化的？
23．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，如图甲为电磁炮工作原理示意图，可简化为图乙模型。某电磁炮导轨长10m，两导轨之间的距离为0.5m。导轨间磁场可认为是方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为1.5T，电流方向如图所示。质量为10kg的炮弹受安培力作用从导轨最右端静止开始做匀加速直线运动，到达最左端离开导轨时的速度大小为2.4×103m/s。整个电磁炮固定在水平面上，忽略炮弹与导轨间的摩擦力。求：
（1）炮弹在导轨中加速时的加速度大小；
（2）导轨中的电流大小。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．A
【详解】
A．已知电池的正负极就知道裸铜线的电流方向，在明确裸铜线的转动方向即受力方向，根据左手定则，就能判断出磁场的方向，即能判断小磁铁的N、S极，A正确；
B．裸铜导线的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，因为不清楚磁场的方向，根据左手定则不能判断出一定逆时针转动，B错误；
C．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，磁场方向相反，根据左手定则，安培力方向也会相反，心形线框的方向也应该改变， C错误；
D．电池输出的电功率一部分用来用于线框的发热功率，一部分提供线框转动的机械功率，所以电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率，D错误。
故选A。
3．C
【详解】
ABC．在匀强磁场中，当电流方向与磁感应强度的夹角为时，所受安培力为
由于磁场强度B和导线长度L不变，因此F与I的关系图象为过原点的直线，故AB正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．当电流方向与磁感应强度平行时，所受的安培力始终为零，故D正确，不符合题意。
故选C。
4．C
【详解】
AB．由题意，可知，通过天桥的电流方向由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则，则可知，箔条中部受到的安培力向上，铝箔条中部向上方运动，AB错误；
CD．根据相互作用力，知磁铁受力方向向下，对桌子的压力增大，C正确、D错误。
故选C。
5．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。
6．B
【详解】
A．螺线管内部的磁场方向平行于螺线管轴线，对同样平行于螺线管轴线的导线没有力的作用，故A错误；
B．当电流天平两端平衡时，由于力臂相等，两端的受力相等，则有
得
故B正确；
C．砝码质量为
故C错误；
D．当CD段导线电流反向时，根据左手定则，安培力变为向上，则不能通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
设导体棒摆开的角度为θ，根据平衡条件以及力的合成与分解可得
要使导体棒摆开的角度增大，需要增大导体棒所受的安培力F或减小导体棒的质量，根据安培力公式
可知若要增大F，可以增大导体棒中的电流、换成磁性较强的磁铁，而改变导体棒中电流的方向无法增大F，综上所述可知ABD不可行，C可行。
故选C。
8．D
【详解】
我们以导线右侧的一小段导线为研究对象，磁场竖直方向分量竖直向上，由左手定则判断，该小段受到的安培力垂直纸面向外。将右侧所有小段导线受到的安培力合成，则右侧导线受到的安培力垂直纸面向外。同理分析，可知，左侧导线受到的安培力垂直纸面向里。所以从上往下看，导线顺时针转动。我们分析当导线转动90°时，此时电流方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，安培力向下。由上述分析可知，导线在顺时针转动的同时，向下运动。故选D。
9．C
【详解】
A．导线在A处时，根据安培定则可以判断出其在O处产生的磁场方向竖直向下，因此时O处的磁感应强度恰好为零，则说明匀强磁场竖直向上，且磁感应强度大小与导线在该处产生的磁感应强度大小相等，二者大小均为B，A错误；
B．导线移到C处，根据左手定则可判断出导线C处所受安培力水平向右，B错误；
C．导线移到C处，其在O处产生的磁感应强度大小不变，但方向会变为水平向右，则O处的磁感应强度大小为
C正确；
D．导线在D处时，其在O处产生的磁感应强度大小不变，但方向会变为斜向右下方45°角，因匀强磁场方向竖直向上且磁感应强度大小与之相同，根据矢量合成可判断出O处的磁场方向斜向右上方，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．平行板电容器
可知电容影响因素有多个，故需要控制变量法，故A正确，不符合题意；
B．电容器放电时满足
可知不需要控制变量，故B错误，符合题意；
C．探究导体电阻与其影响因素的定量关系
可知需要控制变量，故C正确，不符合题意；
D．研究磁场对通电导线作用力影响因素
可知需要控制变量，故D正确，不符合题意。
故选B。
11．C
【详解】
由于铜条匀速运动，铜条向下运动时根据楞次定律收到向上的安培力，因此磁铁受到向下的安培力，设磁铁本身的质量为m，则有
铜条向上运动根据楞次定律收到向下的安培力，磁铁受到向上的安培力，因此
根据法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律可得电流大小为
又
可得磁感应强度大小为
故选C。
12．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。
13．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。
14．C
【详解】
AB．若磁场方向竖直向上，如图甲，对金属棒，水平方向上有
竖直方向上
又
故可得
AB错误；
CD．若磁场方向垂直导轨平面向上，对金属棒分析如图乙，则有
可得
D错误，C正确。
故选C。
15．B
【详解】
A．电阻由材料本身决定，与电压和电流无关，故A错误；
B．根据电动势的定义，在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，故B正确；
C．磁感应强度的方向与通电导线所受安培力的方向垂直，故C错误；
D．从A点移动到点克服电场力做功为，则电场力做功-3J，则A、两点的电势差为-，故D错误。
故选B。
16． 垂直 平面 手心 电流 大拇指
【详解】
[1][2][3][4][5]安培力的方向判定用左手定则，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从手心进入，并使四指指向电流的方向，这时大姆指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
17． 0 BIL
【详解】
[1][2]弯曲导线ab在磁场内有效长度为L电流方向向上，根据左手定则可知弯曲导线ab受到的安培力方向向左、直导线ab受到的安培力方向向右，大小为
F直 = F弯 = BIL
则闭合导线受到的安培力大小是0，弯曲导线ab受到的安培力大小是BIL。
18． 45 0.4
【详解】
[1]对EF受力分析有
所以金属杆与竖直方向的夹角为45°。
[2]对线框做整体分析，在竖直方向有
解得
T=0.4N
19．
【详解】
[1]根据动能定理，在达到最大角度为的过程中，有
所以安培力对导线框做的功为
[2]导线框最终静止时与竖直平面夹角为，由平衡条件可得
所以匀强磁场的磁感强度B为
20．(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
21．（1）；（2）
【详解】
（1）炮弹在两导轨间做匀加速运动
解得
（2）根据牛顿第二定律可得
解得
22．(1) 垂直金属导轨的平面向下，水平向右，见解析；(2) 水平向右；(3) 见解析
【详解】
(1) 两导轨间的磁场方向垂直金属导轨的平面向下，导体棒在磁场力作用下将沿水平向右的方向运动，因为ab棒通过电流时，在磁场中受到水平向右的安培力作用，从而推动导体棒向右做加速度运动。
(2) 若将电流反向，导体棒将还是向右做加速运动，因为电流方向反向后，磁场方向垂直导轨平面向上，由左手定则，安培力方向还是向右。所以导体棒还是沿导轨水平向右运动。
(3)导体棒运动过程中通过安培力做功把磁场能转化为动能，通过电流做功把电能转化为内能。
23．（1）；（2）
【详解】
（1）设加速度为a
得
（2）根据牛顿第二定律得
得
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
2．如图所示，将一段裸铜导线弯成心形，A端与电池正极接触，P、Q端与负极相连的小磁铁良好接触．下列说法正确的是（ ）
A．仅根据裸铜线的转动方向和电池的正负极就能判断小磁铁的N、S极
B．从上向下看，裸铜导线在安培力作用下一定逆时针转动
C．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，心形线框转动的方向不变
D．电池的输出功率等于线圈转动的机械功率
3．在恒定磁场中固定一条直导线，先后在导线中通入不同的电流，图像表现的是该导线受力的大小F与通过导线电流I的关系。M、N各代表一组F、I的数据。在下列四幅图中，不可能正确的是（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，把柔软的铝箔条折成天桥状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，使蹄形磁铁横跨过“天桥”，当电池与铝箔接通时（ ）
A．铝箔条中部向左方运动 B．铝箔条中部向下方运动
C．蹄形磁铁对桌面的压力增大 D．蹄形磁铁对桌面的压力减小
5．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
6．如图甲所示为电流天平，此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。它的横臂（图乙）能绕转轴自由转动，轴的两侧臂长度相等。在轴的右侧，沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线，天平最右端导线CD的长度为l。先调整天平处于平衡，把U形导线端放入待测的磁场中（如图丙所示），给U形导线和螺线管分别通以大小为I和I0的电流。CD段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜，在天平的另一端可以加适当的砝码，使天平恢复平衡。设当地重力加速度g＝10m/s2。则下列说法正确的是（ ）
A．在螺线管内部与螺线管轴线平行的一条通电导线所受安培力为
B．若在电流天平的左端增加的砝码质量为m，则长螺线管内部的磁感应强度B为
C．若螺线管内部的磁感应强度B＝0.05T，CD段导线的长度为3cm，U形导线通电电流I＝2.0A，为使天平保持平衡，应在左端悬挂310-4g的砝码
D．假如使通过CD段导线的电流反向，仍可以通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度
7．在“研究影响通电导体棒所受磁场力的因素”实验中，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导体棒摆开一定角度，如图所示。要使导体棒摆开的角度增大，以下操作可行的是（ ）
A．增加导体棒的质量 B．换成磁性较弱的磁铁
C．增大导体棒中的电流 D．改变导体棒中电流的方向
8．如图所示，通电直导线ab在磁铁上方能自由活动，当导线通入图示电流后，ab的运动情况是（从上向下看）（ ）
A．逆时针转动 B．顺时针转动
C．逆时针转动且向下运动 D．顺时针转动且向下运动
9．如图所示，O为四分之一圆弧AC的圆心，D为圆弧中点，整个空间存在一个磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出）。将一垂直纸面的通电直导线沿圆弧从A移到C，已知导线在A处时，O处的磁感应强度恰好为零，则（ ）
A．匀强磁场水平向左
B．导线在C处所受的安培力水平向左
C．导线在C处时，O处的磁感应强度大小为
D．导线在D处时，O处的磁场方向斜向右下方
10．以下物理课本上的图例，没有用到控制变量法的实验是（ ）
A．研究影响平行板电容器的影响因素
B．通过图分析电容器放电量
C．探究导体电阻与其影响因素的定量关系
D．研究磁场对通电导线作用力影响因素
11．小明同学在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R. 若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动，这时电子测力计的示数为；再以恒定的速率v在磁场中竖直向上运动，这时电子测力计的读数为，铜条在磁场中的长度为L。则磁感应强度的大小为（ ）
A． B． C． D．
12．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
13．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
14．如图所示，宽为L的光滑金属导轨与水平面成θ角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上。空间存在着匀强磁场，当回路中电流为I时，金属杆恰好能静止。重力加速度为g，则（ ）
A．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为
B．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为
C．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为
D．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为
15．下列关于相关物理量的描述中正确的是（ ）
A．根据电阻可知，导体的电阻由导体两端的电压和通过导体的电流共同决定
B．根据电动势可知，在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功
C．根据公式可知，磁感应强度的方向与通电导线所受安培力的方向相同
D．根据公式可知，若将电荷量为的正电荷，从A点移动到点克服电场力做功为，则A、两点的电势差为
二、填空题
16．安培力的方向判定用左手定则，伸开左手，使拇指与其余四个手指___________，并且都与手掌在同一个___________内。让磁感线从___________进入，并使四指指向___________的方向，这时___________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
17．闭合导线aba中通入电流I方向如右图所示，匀强磁场B垂直纸面向里，且与闭合导线平面垂直，直导线ab长为L，则闭合导线受到的安培力大小是______，弯曲导线ab受到的安培力大小是_______。
18．如图所示，和是两根长为、质量分别为和的金属棒，用两根等长的细金属杆（重力不计）连接和，形成闭合回路.用两根绝缘细线将整个回路悬于天花板上，使两棒保持水平并处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度。在回路中通以如图所示方向的电流，电流，待稳定后，金属杆与竖直方向的夹角为_________°，每根绝缘细线上的张力为________N。（重力加速度g取）
19．如图所示，质量为m的U型导线框，其质量均匀分布，与长度均为l，宽度为s，导线框置于竖直向上的匀强磁场中，可绕水平轴转动，现给导线框通以方向、电流强度为I的恒定电流，导线框由静止开始从竖直平面向纸外偏转，在达到最大角度为的过程中，安培力对导线框做的功为__________；导线框最终静止时与竖直平面夹角为，则匀强磁场的磁感强度B为__________。
三、解答题
20．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。
21．新型消防电磁炮，其工作原理如图所示：处于两平行水平轨道间的灭火弹（导体）与轨道保持良好接触，并可在导轨上移动。给两导轨接上直流电源，电流从一条轨道流入，通过弹体后从另一条轨道流回。电流在轨道间形成垂直于轨道面的匀强磁场，通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而后高速射出。若已知该消防电磁炮导轨长L=2m，两导轨之间的距离d=0.2m，轨道间的磁感应强度B=5T。质量m=1kg的灭火弹受安培力的作用从轨道左端沿水平轨道由静止开始匀加速运动，离开导轨时的速度v=100m/s。忽略一切摩擦力，求：
（1）灭火弹加速过程中加速度的大小；
（2）灭火弹中电流I的大小。
22．电磁轨道炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。原理如图所示，两根足够长的平行金属导轨水平固定，导体棒ab垂直两导轨放置。恒流电源提供强电流从一根导轨流入，经过导体棒，从另一导轨流回电源，ab棒会被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。若导体棒在发射过程中始终与导轨保持良好接触，阻力不可忽略。电路总电阻为R，电流I方向如图，请根据以上情景回答：
(1)两导轨间的磁场沿什么方向？导体棒在磁场力作用下将沿什么方向运动？简要说明理由；
(2)若将电流反向，导体棒将沿什么方向运动？
(3)在导体棒运动过程中该装置的能量是如何转化的？
23．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，如图甲为电磁炮工作原理示意图，可简化为图乙模型。某电磁炮导轨长10m，两导轨之间的距离为0.5m。导轨间磁场可认为是方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为1.5T，电流方向如图所示。质量为10kg的炮弹受安培力作用从导轨最右端静止开始做匀加速直线运动，到达最左端离开导轨时的速度大小为2.4×103m/s。整个电磁炮固定在水平面上，忽略炮弹与导轨间的摩擦力。求：
（1）炮弹在导轨中加速时的加速度大小；
（2）导轨中的电流大小。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．A
【详解】
A．已知电池的正负极就知道裸铜线的电流方向，在明确裸铜线的转动方向即受力方向，根据左手定则，就能判断出磁场的方向，即能判断小磁铁的N、S极，A正确；
B．裸铜导线的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，因为不清楚磁场的方向，根据左手定则不能判断出一定逆时针转动，B错误；
C．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，磁场方向相反，根据左手定则，安培力方向也会相反，心形线框的方向也应该改变， C错误；
D．电池输出的电功率一部分用来用于线框的发热功率，一部分提供线框转动的机械功率，所以电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率，D错误。
故选A。
3．C
【详解】
ABC．在匀强磁场中，当电流方向与磁感应强度的夹角为时，所受安培力为
由于磁场强度B和导线长度L不变，因此F与I的关系图象为过原点的直线，故AB正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．当电流方向与磁感应强度平行时，所受的安培力始终为零，故D正确，不符合题意。
故选C。
4．C
【详解】
AB．由题意，可知，通过天桥的电流方向由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则，则可知，箔条中部受到的安培力向上，铝箔条中部向上方运动，AB错误；
CD．根据相互作用力，知磁铁受力方向向下，对桌子的压力增大，C正确、D错误。
故选C。
5．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。
6．B
【详解】
A．螺线管内部的磁场方向平行于螺线管轴线，对同样平行于螺线管轴线的导线没有力的作用，故A错误；
B．当电流天平两端平衡时，由于力臂相等，两端的受力相等，则有
得
故B正确；
C．砝码质量为
故C错误；
D．当CD段导线电流反向时，根据左手定则，安培力变为向上，则不能通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
设导体棒摆开的角度为θ，根据平衡条件以及力的合成与分解可得
要使导体棒摆开的角度增大，需要增大导体棒所受的安培力F或减小导体棒的质量，根据安培力公式
可知若要增大F，可以增大导体棒中的电流、换成磁性较强的磁铁，而改变导体棒中电流的方向无法增大F，综上所述可知ABD不可行，C可行。
故选C。
8．D
【详解】
我们以导线右侧的一小段导线为研究对象，磁场竖直方向分量竖直向上，由左手定则判断，该小段受到的安培力垂直纸面向外。将右侧所有小段导线受到的安培力合成，则右侧导线受到的安培力垂直纸面向外。同理分析，可知，左侧导线受到的安培力垂直纸面向里。所以从上往下看，导线顺时针转动。我们分析当导线转动90°时，此时电流方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，安培力向下。由上述分析可知，导线在顺时针转动的同时，向下运动。故选D。
9．C
【详解】
A．导线在A处时，根据安培定则可以判断出其在O处产生的磁场方向竖直向下，因此时O处的磁感应强度恰好为零，则说明匀强磁场竖直向上，且磁感应强度大小与导线在该处产生的磁感应强度大小相等，二者大小均为B，A错误；
B．导线移到C处，根据左手定则可判断出导线C处所受安培力水平向右，B错误；
C．导线移到C处，其在O处产生的磁感应强度大小不变，但方向会变为水平向右，则O处的磁感应强度大小为
C正确；
D．导线在D处时，其在O处产生的磁感应强度大小不变，但方向会变为斜向右下方45°角，因匀强磁场方向竖直向上且磁感应强度大小与之相同，根据矢量合成可判断出O处的磁场方向斜向右上方，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．平行板电容器
可知电容影响因素有多个，故需要控制变量法，故A正确，不符合题意；
B．电容器放电时满足
可知不需要控制变量，故B错误，符合题意；
C．探究导体电阻与其影响因素的定量关系
可知需要控制变量，故C正确，不符合题意；
D．研究磁场对通电导线作用力影响因素
可知需要控制变量，故D正确，不符合题意。
故选B。
11．C
【详解】
由于铜条匀速运动，铜条向下运动时根据楞次定律收到向上的安培力，因此磁铁受到向下的安培力，设磁铁本身的质量为m，则有
铜条向上运动根据楞次定律收到向下的安培力，磁铁受到向上的安培力，因此
根据法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律可得电流大小为
又
可得磁感应强度大小为
故选C。
12．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。
13．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。
14．C
【详解】
AB．若磁场方向竖直向上，如图甲，对金属棒，水平方向上有
竖直方向上
又
故可得
AB错误；
CD．若磁场方向垂直导轨平面向上，对金属棒分析如图乙，则有
可得
D错误，C正确。
故选C。
15．B
【详解】
A．电阻由材料本身决定，与电压和电流无关，故A错误；
B．根据电动势的定义，在数值上等于非静电力把的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，故B正确；
C．磁感应强度的方向与通电导线所受安培力的方向垂直，故C错误；
D．从A点移动到点克服电场力做功为，则电场力做功-3J，则A、两点的电势差为-，故D错误。
故选B。
16． 垂直 平面 手心 电流 大拇指
【详解】
[1][2][3][4][5]安培力的方向判定用左手定则，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从手心进入，并使四指指向电流的方向，这时大姆指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
17． 0 BIL
【详解】
[1][2]弯曲导线ab在磁场内有效长度为L电流方向向上，根据左手定则可知弯曲导线ab受到的安培力方向向左、直导线ab受到的安培力方向向右，大小为
F直 = F弯 = BIL
则闭合导线受到的安培力大小是0，弯曲导线ab受到的安培力大小是BIL。
18． 45 0.4
【详解】
[1]对EF受力分析有
所以金属杆与竖直方向的夹角为45°。
[2]对线框做整体分析，在竖直方向有
解得
T=0.4N
19．
【详解】
[1]根据动能定理，在达到最大角度为的过程中，有
所以安培力对导线框做的功为
[2]导线框最终静止时与竖直平面夹角为，由平衡条件可得
所以匀强磁场的磁感强度B为
20．(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
21．（1）；（2）
【详解】
（1）炮弹在两导轨间做匀加速运动
解得
（2）根据牛顿第二定律可得
解得
22．(1) 垂直金属导轨的平面向下，水平向右，见解析；(2) 水平向右；(3) 见解析
【详解】
(1) 两导轨间的磁场方向垂直金属导轨的平面向下，导体棒在磁场力作用下将沿水平向右的方向运动，因为ab棒通过电流时，在磁场中受到水平向右的安培力作用，从而推动导体棒向右做加速度运动。
(2) 若将电流反向，导体棒将还是向右做加速运动，因为电流方向反向后，磁场方向垂直导轨平面向上，由左手定则，安培力方向还是向右。所以导体棒还是沿导轨水平向右运动。
(3)导体棒运动过程中通过安培力做功把磁场能转化为动能，通过电流做功把电能转化为内能。
23．（1）；（2）
【详解】
（1）设加速度为a
得
（2）根据牛顿第二定律得
得
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