2021-2022学年鲁科版选择性必修2第1节安培力及其应用 作业（解析版）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年鲁科版选择性必修2第1节安培力及其应用 作业（解析版） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-04 09:43:42 | ||
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文档简介
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第1节 安培力及其应用
一、单选题
1．下列说法中正确的是（ ）
A．根据可知匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数
B．根据可知，闭合回路的面积越大，穿过该线圈的磁通量一定越大
C．根据可知，在磁场中某处放置的电流越大，则受到的安培力一定越大
D．根据可知，磁场中某处的磁感强度大小与通电导线所受的磁场力成正比，与电流强度和导线长度的乘积成反比
2．在赤道附近沿东西方向放置一根导线。若导线中通以由东向西的电流，则它所受地磁场安培力的方向为（ ）
A．向上 B．向下 C．向南 D．向北
3．在下列四个图中，关于通电直导线所受安培力以及通电导体周围的磁感线，正确的是（ ）
A． B．C． D．
4．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
5．如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线和的电流大小分别为和，已知，方向均向上。若用和分别表示导线与受到的磁场力，则下列说法正确的是（ ）
A．两根导线相互排斥
B．为判断的方向，需要知道和的合磁场方向
C．两个力的大小关系为
D．仅增大电流，、会同时都增大
6．如图所示，a、b是两个相同的能在同一个光滑绝缘圆柱体上自由移动的轻质铝环。现将I1、I2两个大小不同的电流按图示方向分别通入a、b两个铝环，则两个铝环的运动情况是（ ）
A．都绕圆柱体运动
B．彼此相向运动，且具有大小相等的加速度
C．彼此相向运动，且电流大的加速度大
D．彼此背向运动，且电流大的加速度大
7．超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪声新型船，如图所示是电磁船的简化原理图，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向里的匀强磁场（磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出），下列说法正确的是（ ）
A．使船前进的力，是磁场对海水的安培力
B．要使船前进，海水中的电流方向从CD板流向AB板
C．同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相反
D．船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关
二、多选题
8．如图所示。有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b。 a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上。b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、平行，它们之间的距离为x。当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止。重力加速度为g，则下列关于b的电流在a处产生磁场的磁感应强度的说法正确的是（ ）
A．方向竖直向上
B．大小为
C．要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移
D．若使b下移，a将不能保持静止
三、计算题
9．水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，问：
（1）当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？
（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？
10．如图所示，电源电动势，内阻；竖直导轨的电阻可忽略；靠在竖直导轨上的金属棒的质量，电阻，它与导轨间的动摩擦因数为，有效长度为。为使金属棒不下滑，我们施一与纸面夹角为且与金属棒垂直向外的磁场。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取。问：
（1）所加磁场是斜向上的还是斜向下的？
（2）所加磁场的磁感应强度B的范围是什么？
11．某同学对下面这道习题的解法如下所示，这种解法是否正确？若不正确，请指出错误之处，并给出正确的解答。
如图所示，宽为L的光滑导轨与水平面成角，处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨面的匀强磁场中，在导轨上水平放置一根质量为m的金属棒，且金属棒通有电流的有效长度也为L，此时金属棒恰好能静止，回路中通有电流。
（1）求磁感应强度的方向；
（2）求回路中电流的大小。
某同学的解法如下：
解：（1）要使金属棒能够静止，受力分析如图所示，即安培力方向需沿斜面向上。根据左手定则，可知磁场方向垂直导轨斜面向上。
（2）根据力的平衡条件，有．
而，可得。
参考答案：
1．A
【解析】A．根据可知，匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数，故A正确；
B．公式的条件是磁场的方向与线圈垂直，当磁场方向与面积平行，闭合回路的面积再大，磁通量为零，故B错误；
C．公式的使用条件是电流的方向与磁场的方向垂直，电流大，则受到的安培力不一定越大，还跟电流与磁场之间的夹角有关，故C错误；
D．磁场的磁感应强度与通电导线的电流和所受的磁场力无关，由本身的性质决定，故D错误；
故选A。
2．B
【解析】因为赤道上方的磁场方向平行地面由南向北，当导线中通以由东向西的电流，根据左手定则，导体所受安培力的方向向下。
故选B。
3．B
【解析】A．根据左手定则可知，通电直导线所受安培力与图中相反，故A错误；
B．根据左手定则可知，图中安培力方向向左，故B正确；
C．根据安培定则可知，图中磁感线方向向右，故C错误；
D．根据安培定则可知，磁感线方向顺时针，故D错误。
故选B。
4．C
【解析】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。
5．D
【解析】A．由于两导线通的是同向电流，由安培定则可知，两导线相互吸引，故A错误；
B．为判断的方向，需要知道的磁场方向，故B错误；
C．通电导线在其周围产生磁场，通电导线在磁场中受到安培力作用，两导线所受安培力是作用力与反作用力，它们大小相等，故C错误；
D．仅增大电流，、会同时都增大，故D正确；
故选D。
6．B
【解析】根据电流间相互作用规律“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，两圆环应相互吸引，即彼此相向运动，根据牛顿第二和第三定律可知，加速度大小相等，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．D
【解析】A．使船前进的力，是海水对超导线圈的作用力，A错误；
B．若海水的电流方向从AB板流向CD板，根据左手定则，海水所受的安培力向后。根据牛顿第三定律，海水对船的磁场力向前，使船前进。故B错误；
C．仅改变超导线圈中电流的方向或者电源正负极，就可以改变海水对超导线圈的磁场力的方向，即推进力方向将与原方向相反，C错误；
D．根据 ，船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关，D正确。
故选D。
8．ACD
【解析】A．通电导体a处于通电导体b的磁场中，由安培定则可得通电导体a处于竖直向上的磁场中，故A正确；
B．当导体a处于磁场的磁感应强度B的方向竖直向上，则水平向右的安培力、支持力与重力，处于平衡状态，因夹角为，则大小
故B错误；
C．由题意可知，重力和水平向右的磁场力的合力与支持力平衡，当减小b在a处的磁感应强度，则磁场力减小，要使仍平衡，根据受力平衡条件，则可使b上移，即b对a的磁场力斜向上，故C正确；
D．当b竖直向下移动，导体棒间的安培力减小，根据受力平衡条件，当a受的安培力方向顺时针转动时，只有大小变大才能保持平衡，而安培力在减小，因此不能保持静止，故D正确。
故D正确。
故选ACD。
9．（1），；（2），方向水平向右
【解析】从b向a看侧视图如图所示
(1)水平方向
Ff＝F安sin θ
竖直方向
FN＋F安cos θ＝mg
又
F安＝
联立①②③得
FN＝mg－，Ff＝
(2)要使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有
F安′＝mg
Bmin＝
根据左手定则判定磁场方向水平向右．
10．（1）斜向上；（2）
【解析】（1）为使金属棒不下滑，由左手定则可知，所加磁场方向斜向上。
（2）根据平衡条件，若摩擦力方向向上，则
若摩擦力方向向下，则
电路中电流为
解得
B1=2.34T
B2=3.75T
所加磁场的磁感应强度B的范围是
11．解法正确
【解析】该同学的解法是正确的；解答此类题目的易错点：用左手定则判断安培力的方向时注意电流的方向、磁场的方向和安培力的方向关系；其次对导体棒要正确受力分析，画出受力分析图，利用正交分解法列出平衡方程；
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第1节 安培力及其应用
一、单选题
1．下列说法中正确的是（ ）
A．根据可知匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数
B．根据可知，闭合回路的面积越大，穿过该线圈的磁通量一定越大
C．根据可知，在磁场中某处放置的电流越大，则受到的安培力一定越大
D．根据可知，磁场中某处的磁感强度大小与通电导线所受的磁场力成正比，与电流强度和导线长度的乘积成反比
2．在赤道附近沿东西方向放置一根导线。若导线中通以由东向西的电流，则它所受地磁场安培力的方向为（ ）
A．向上 B．向下 C．向南 D．向北
3．在下列四个图中，关于通电直导线所受安培力以及通电导体周围的磁感线，正确的是（ ）
A． B．C． D．
4．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
5．如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线和的电流大小分别为和，已知，方向均向上。若用和分别表示导线与受到的磁场力，则下列说法正确的是（ ）
A．两根导线相互排斥
B．为判断的方向，需要知道和的合磁场方向
C．两个力的大小关系为
D．仅增大电流，、会同时都增大
6．如图所示，a、b是两个相同的能在同一个光滑绝缘圆柱体上自由移动的轻质铝环。现将I1、I2两个大小不同的电流按图示方向分别通入a、b两个铝环，则两个铝环的运动情况是（ ）
A．都绕圆柱体运动
B．彼此相向运动，且具有大小相等的加速度
C．彼此相向运动，且电流大的加速度大
D．彼此背向运动，且电流大的加速度大
7．超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪声新型船，如图所示是电磁船的简化原理图，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向里的匀强磁场（磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出），下列说法正确的是（ ）
A．使船前进的力，是磁场对海水的安培力
B．要使船前进，海水中的电流方向从CD板流向AB板
C．同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相反
D．船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关
二、多选题
8．如图所示。有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b。 a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上。b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、平行，它们之间的距离为x。当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止。重力加速度为g，则下列关于b的电流在a处产生磁场的磁感应强度的说法正确的是（ ）
A．方向竖直向上
B．大小为
C．要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移
D．若使b下移，a将不能保持静止
三、计算题
9．水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，问：
（1）当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？
（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？
10．如图所示，电源电动势，内阻；竖直导轨的电阻可忽略；靠在竖直导轨上的金属棒的质量，电阻，它与导轨间的动摩擦因数为，有效长度为。为使金属棒不下滑，我们施一与纸面夹角为且与金属棒垂直向外的磁场。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取。问：
（1）所加磁场是斜向上的还是斜向下的？
（2）所加磁场的磁感应强度B的范围是什么？
11．某同学对下面这道习题的解法如下所示，这种解法是否正确？若不正确，请指出错误之处，并给出正确的解答。
如图所示，宽为L的光滑导轨与水平面成角，处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨面的匀强磁场中，在导轨上水平放置一根质量为m的金属棒，且金属棒通有电流的有效长度也为L，此时金属棒恰好能静止，回路中通有电流。
（1）求磁感应强度的方向；
（2）求回路中电流的大小。
某同学的解法如下：
解：（1）要使金属棒能够静止，受力分析如图所示，即安培力方向需沿斜面向上。根据左手定则，可知磁场方向垂直导轨斜面向上。
（2）根据力的平衡条件，有．
而，可得。
参考答案：
1．A
【解析】A．根据可知，匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数，故A正确；
B．公式的条件是磁场的方向与线圈垂直，当磁场方向与面积平行，闭合回路的面积再大，磁通量为零，故B错误；
C．公式的使用条件是电流的方向与磁场的方向垂直，电流大，则受到的安培力不一定越大，还跟电流与磁场之间的夹角有关，故C错误；
D．磁场的磁感应强度与通电导线的电流和所受的磁场力无关，由本身的性质决定，故D错误；
故选A。
2．B
【解析】因为赤道上方的磁场方向平行地面由南向北，当导线中通以由东向西的电流，根据左手定则，导体所受安培力的方向向下。
故选B。
3．B
【解析】A．根据左手定则可知，通电直导线所受安培力与图中相反，故A错误；
B．根据左手定则可知，图中安培力方向向左，故B正确；
C．根据安培定则可知，图中磁感线方向向右，故C错误；
D．根据安培定则可知，磁感线方向顺时针，故D错误。
故选B。
4．C
【解析】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。
5．D
【解析】A．由于两导线通的是同向电流，由安培定则可知，两导线相互吸引，故A错误；
B．为判断的方向，需要知道的磁场方向，故B错误；
C．通电导线在其周围产生磁场，通电导线在磁场中受到安培力作用，两导线所受安培力是作用力与反作用力，它们大小相等，故C错误；
D．仅增大电流，、会同时都增大，故D正确；
故选D。
6．B
【解析】根据电流间相互作用规律“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，两圆环应相互吸引，即彼此相向运动，根据牛顿第二和第三定律可知，加速度大小相等，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．D
【解析】A．使船前进的力，是海水对超导线圈的作用力，A错误；
B．若海水的电流方向从AB板流向CD板，根据左手定则，海水所受的安培力向后。根据牛顿第三定律，海水对船的磁场力向前，使船前进。故B错误；
C．仅改变超导线圈中电流的方向或者电源正负极，就可以改变海水对超导线圈的磁场力的方向，即推进力方向将与原方向相反，C错误；
D．根据 ，船所获得的推力，与通过海水的电流大小和超导线圈产生的磁感应强度有关，D正确。
故选D。
8．ACD
【解析】A．通电导体a处于通电导体b的磁场中，由安培定则可得通电导体a处于竖直向上的磁场中，故A正确；
B．当导体a处于磁场的磁感应强度B的方向竖直向上，则水平向右的安培力、支持力与重力，处于平衡状态，因夹角为，则大小
故B错误；
C．由题意可知，重力和水平向右的磁场力的合力与支持力平衡，当减小b在a处的磁感应强度，则磁场力减小，要使仍平衡，根据受力平衡条件，则可使b上移，即b对a的磁场力斜向上，故C正确；
D．当b竖直向下移动，导体棒间的安培力减小，根据受力平衡条件，当a受的安培力方向顺时针转动时，只有大小变大才能保持平衡，而安培力在减小，因此不能保持静止，故D正确。
故D正确。
故选ACD。
9．（1），；（2），方向水平向右
【解析】从b向a看侧视图如图所示
(1)水平方向
Ff＝F安sin θ
竖直方向
FN＋F安cos θ＝mg
又
F安＝
联立①②③得
FN＝mg－，Ff＝
(2)要使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有
F安′＝mg
Bmin＝
根据左手定则判定磁场方向水平向右．
10．（1）斜向上；（2）
【解析】（1）为使金属棒不下滑，由左手定则可知，所加磁场方向斜向上。
（2）根据平衡条件，若摩擦力方向向上，则
若摩擦力方向向下，则
电路中电流为
解得
B1=2.34T
B2=3.75T
所加磁场的磁感应强度B的范围是
11．解法正确
【解析】该同学的解法是正确的；解答此类题目的易错点：用左手定则判断安培力的方向时注意电流的方向、磁场的方向和安培力的方向关系；其次对导体棒要正确受力分析，画出受力分析图，利用正交分解法列出平衡方程；
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