人教版选择性必修二第一章平行线安培力专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
1. 两根相互靠近的长直导线、中通有相同的电流,如图,两电流间的磁相互作用力为 ,若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后,导线所受安培力的合力恰好为零。则所加磁场的方向是( )
A. 垂直纸面向里 B. 垂直纸面向外 C. 垂直导线向右 D. 垂直导线向左
2. 如图所示,在同一绝缘水平面上固定三根平行且等间距的长直通电导线、、,导线中通有大小相等的恒定电流。已知导线受到的安培力方向向左,则下列说法正确的是( )
A. 导线中电流方向一定与导线中电流方向相同 B. 导线受到的安培力一定向右
C. 导线、受到的安培力的大小不一定相等 D. 导线受到的安培力一定最大
3. 如图所示,两根平行放置的长直导线和长度均为,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度为和中分别通有电流强度为和的恒定电流,且电流方向相同,已知导线受到的磁场力大小为零,则导线受到的磁场力大小为( )
A. B. C. D.
4. 如图所示,两根长直导线和平行放置,分别通有大小为、的电流,电流方向相反,此时导线受到的磁场力大小为。当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,导线受到的磁场力为零,则此时受到的磁场力大小为( )
A. B.
C. D.
5. 如图所示,三根相互平行的直导线、和构成等边三角形的三个顶点,其中、两导线固定,导线用轻绳悬挂,三根导线的长度均为,三根导线通的电流都为,每根导线在另外两根导线处产生的磁感应强度均为,导线的质量忽略不计,则绳的拉力大小为( )
A. B. C. D.
6. 如图,在光滑绝缘的水平桌面上,有一方向垂直桌面的匀强磁场,现有两条柔软的轻质通电金属直导线和,恰好平行且静止在桌面上,则下列情况可能正确的是( )
A. 和中电流大小相等、方向相同,磁场方向垂直桌面向上
B. 和中电流大小不等、方向相同,磁场方向垂直桌面向下
C. 和中电流大小不等、方向相反,磁场方向垂直桌面向上
D. 和中电流大小相等、方向相反,磁场方向垂直桌面向下
7. 有四条垂直于纸面的长直固定导线.电流方向如图所示,其中、、三条导线到导线的距离相等,三条导线与的连线互成度角.四条导线的电流大小为都为,其中导线对导线的安培力为现突然把导线的电流方向改为垂直于纸面向外,电流大小不变.此时导线所受安培力的合力为( )
A. B. C. D.
8. 两条直导线互相垂直,如图所示,但相隔一个小距离,其中一条固定,另一条能自由活动,当直流电流按图所示方向通入两条导线时,导线将( )
A. 顺时针方向转动,同时靠近 B. 逆时针方向转动,同时靠近
C. 顺时针方向转动,同时远离 D. 逆时针方向转动,同时远离
9. 固定直导线垂直于纸面,可动导线通以图示方向的电流,用弹簧测力计悬挂在导线的上方,若导线中通以垂直于纸面向外的电流,以下判断正确的是( )
A. 可动导线端转向纸外,同时测力计读数减小 B. 可动导线端转向纸外,同时测力计读数增大
C. 可动导线端转向纸外,同时测力计读数减小 D. 可动导线端转向纸外,同时测力计读数增大
10. 如图,两根在同一水平面内且相互平行的长直导线和分别通有大小相等方向相同的电流和。、、三点连线与两根导线等高并垂直,点位于两根导线间的中点,、两点与点距离相等。不考虑地磁场的影响。下列说法中正确的是( )
A. 导线和之间因安培力的作用而相互排斥
B. 点和点处的磁感应强度相同
C. 点处的磁感应强度为零
D. 导线对的安培力大于导线对的安培力
二、填空题(本大题共2小题,共26.0分)
11. 载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为,式中常量,为电流强度,为距导线的距离。在水平长直导线正下方,矩形线圈通以逆时针方向的恒定电流,被两根轻质绝缘细线静止地悬挂,如图所示。开始时内不通电流,此时两细线内的张力均为。当通以强度为的电流时,两细线内的张力均减小为,当内电流强度变为时,两细线内的张力均大于。
强度为的电流方向_____________;的电流方向______________;
分别通以强度为、的电流时,线框受到的安培力与大小之比为__________;
当内的电流强度为时两细线恰好断裂,在此瞬间线圈的加速度大小为,则_________________。
12. 电流周围也会产生磁场,它是丹麦物理学家______发现的。磁场对处于场中的磁体和电流有力的作用,同时电流之间也有安培力作用:同方向电流相互______,反方向电流相互______。
三、计算题(本大题共1小题,共14.0分)
13. 如图所示,水平放置的平行金属导轨左端接一电阻,金属导轨间距为,磁感应强度的匀强磁场方向垂直于导轨平面。导体棒垂直放在导轨上,当导体棒沿导轨水平向右匀滑动时,秒内磁通量增加了,导轨和体棒的电阻均可忽略不计,求:
棒中感应电动势的大小;
回路中感应电流的大小;
棒做匀速运动时受到的安培力的大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
当两根通大小相同方向相同的电流时,两导线受到是引力,故受到向右的安培力,故所加的磁场使导线受到的安培力向左,根据左手定则可知即可判断。
当没有加入匀强磁场时,两根通电直导线的作用力是相互吸引;当加入匀强磁场时,根据共点力平衡即可判断。
【解答】
解:当两根通大小相同方向相同的电流时,两导线受到是引力,故受到向右的安培力,故所加的磁场使导线受到的安培力向左,根据左手定则所加的磁场方向为垂直纸面向里,故A正确,BCD错误;
故选:。
2.【答案】
【解析】A.同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。导线越近,磁场越强,安培力越大。故与电流方向反向,对有排斥力,故A错误;
B.电流方向可能与同向,也可能反向,即有可能排斥或吸引,有可能排斥或吸引。故B错误;
C.、电流同向则安培力大小相等,方向相反。、电流反向则安培力大小不相等。故C正确;
D.当导线的电流方向与导线相同时,导线受到的安培力最大,故D错误。
故选C。
分析本题考查通通电直导线的磁场和安培力。根据电流方向判断磁场方向,再根据电流方向判断导体的受力情况。
3.【答案】
【解析】
【分析】
求出匀强磁场对两导线的安培力的大小与方向,根据导线所受到的磁场力大小为零确定导线对导线的磁场力大小与方向,从而根据牛顿第三定律可知导线对导线的作用大小与方向,再进行合成即可得导线所受磁场力的大小。
本题考查磁场力的分析,由导线所受磁场力为零得出两导线间的相互作用力是分析本题的关键。
【解答】
由题意可知,匀强磁场对导线的安培力大小为,匀强磁场对导线的安培力大小为,根据左手定则可知匀强磁场对两导线的安培力方向均向左,由于导线所受磁场力为零,则可知导线对导线的磁场力大小为,方向向右;根据牛顿第三定律可知导线对导线的磁场力大小为,方向向左,所以导线受到的磁场力的大小为,故D正确,ABC错误。
故选D。
4.【答案】
【解析】
【分析】
对导线正确受力分析,熟练应用力的合成方法即可正确解题,注意牛顿第三定律的应用,同时当心电流的大小不一,但相互作用力大小相等。
根据题意对导线进行受力分析,然后由安培力公式、力的合成方法分析即可求解。
【解答】
解:两导线间的磁场力是作用力与反作用力,由牛顿第三定律可知,它们大小相等、方向相反,即受到的磁场力大小也为,如图所示;
当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,设所加磁场的磁感应强度为,则导线受到的安培力大小,导线受到的安培力大小,
加入磁场后导线所受磁场了为零,则,,则受到的合力大小,故B正确,ACD错误。
故选B。
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据同向电流相互吸引,及安培力公式和共点力的平衡条件分析即可。
本题是导线间的安培力公式及共点力平衡条件的应用,基础题目。
【解答】
根据同向电流相互吸引,、两导线对的吸引力大小均为,沿两导线的连线方向,对受力分析,根据平衡条件得,故B正确,ACD错误。
故选B。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了右手螺旋定则和左手定则的熟练应用,正确解答通电导线在磁场中受力的思路为明确受力情况,进一步明确其运动形式和规律。
根据和恰好平行且静止在桌面上的运动状态进行分析,注意右手螺旋定则和左手定则的熟练应用。
【解答】
对、受力分析可知,和两通电导线,在水平方向各自所受合外力为零,若通电方向相同,则所受匀强磁场安培力方向相同,两通电直导线相互产生的安培力方向相反,合外力不可能都为零,故AB错误;
若通电方向相反,则所受匀强磁场安培力方向相反,两通电直导线之间的安培力为排斥力,且两者大小相等,根据可知,和中电流大小相等时,每根导线受到的合力可能为零,故C错误,D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】
【分析】
依据左手定则,即可判定异向电流相斥,结合矢量的合成法则,及三角知识,即可求解。
考查矢量的合成法则内容,掌握同向电流相吸,异向电流相斥的应用,理解左手定则的运用,同时与右手定则的区别。
【解答】
导线对导线的安培力为,三条导线与的连线互成,因此在导线的电流方向改变之前,导线所受安培力的合力为零;
当导线的电流方向改变之后,则有:、导线对导线的安培力夹角为,大小为,因此此两个安培力的合力为,方向指向导线,
而导线对导线的安培力大小为,方向指向导线,那么此时三导线对导线所受安培力的合力为,故ABC错误,D正确;
故选D。
8.【答案】
【解析】
【分析】
电流处于电流产生的磁场中,在左右两边各取一小电流元,根据左手定则判断其安培力的方向,从而判断其运动,当导线转过后,看两电流是同向电流还是异向电流,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。
本题考查了磁场对电流的作用;通电直导线和通电线圈周围磁场的方向,在解决该题的过程中:使用了电流元法,即在导线上取一较短的电流,判断其受力方向;使用了特殊位置法,转过后判断其受力;使用了结论法,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。
【解答】
根据右手螺旋定则可知,导线产生的磁场在导线右侧垂直纸面向里,在左侧垂直纸面向外,导线处于导线产生的磁场中,在左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向下,右边的电流元所受安培力方向向上,知导线逆时针方向转动从纸外向纸内看。当导线转过后,两电流为同向电流,相互吸引,所以导线逆时针方向转动,同时靠近导线,故B正确,ACD错误。
故选B 。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查电流的磁效应,导线处于导线产生的磁场中,在解决该题的过程中使用了三种方法:、使用了电流元法,即在导线上取一较短的电流,判断其受力方向;、使用了特殊位置法,转过后判断其受力;、使用了结论法,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。
【解答】
电流产生的磁场在右边平行纸面斜向左,在左边平行纸面斜向下,在左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向外,右边的电流元所受安培力方向向内,知导线逆时针方向从上向下看转动,即转向纸外;当导线转过时,两电流为同向电流,相互吸引,所以弹簧测力计的读数增大,故B正确,ACD错误。
10.【答案】
【解析】
【分析】
由右手螺旋定则和磁感应强度的叠加求解;根据力的作用的相互性判断;根据同向电流导线相互吸引判断。
考查了右手螺旋定则、磁感应强度的叠加、安培力等基础知识,要求学生对这部分知识要深刻理解,强化记忆,勤加练习。
【解答】
A、和导线电流方向相同,同种电流相互吸引,故A选项错误;
B、由右手螺旋定则可知导线上侧的磁场垂直于纸面向里,在其下侧产生的磁场垂直纸面向外;导线在其上侧的磁场垂直于纸面向里,在其下侧产生的磁场垂直纸面向外,因此点磁场垂直纸面向外,点磁场垂直纸面向里,B错误;
C、由题知,且到点距离相等,则导线在点产生的磁感应强度等于导线在点产生的磁感应强度大小,两根导线电流在处产生磁感应强度方向相反,故处合磁场的磁感应强度为零,选项正确;
D、根据牛顿第三定律,对的安培力与对的安培力是一对相互作用力,大小相等、方向相反,选项错误。
故选C。
11.【答案】向左;向右;;
【解析】
【分析】
由同向电流相互吸引、异向电流相互排斥,结合对线框上、下两边的力的大小变化得解;
通过安培力的公式分别求出线框所受的安培力,从而得出安培力之比;
根据瞬间线圈的加速度,根据牛顿第二定律结合第二问的结论求出电流的大小。
通过线圈处于平衡,根据共点力平衡判断安培力的方向,从而确定磁场的方向,根据右手螺旋定则确定电流的方向;通过安培力的公式分别求出线框所受的安培力,根据物体的平衡或者牛顿第二定律可正确解答。
【解答】
当通以强度为的电流时,对的作用力大于对边的作用力,由细线张力的变化可知,对导线为吸引力,对为斥力,由同向电流相互吸引、异向电流相互排斥可知,方向向左;同理,当内电流强度变为时,由于细线的张力变大,故 方向向右.
当中的电流强度为时,线圈受到的安培力大小为,式中、分别为、与的间距,为线圈中的电流,为、的长度,由表达式可得分别通以强度为、的电流时,线框受到的安培力与大小之比为:
设中电流强度为时,线框所受安培力为,由题设条件结合共点力的平衡有:,,,又由,联立解得。
12.【答案】奥斯特 吸引 排斥
【解析】解:丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围会产生磁场,
如上左图所示:研究右导线的受力情况:将左导线看成场源电流,根据安培定则可知,它在右导线处产生的磁场方向向外,由左手定则判断可知,右导线所受的安培力方向向左;
同理,将右导线看成场源电流,左导线受到的安培力向右,两导线要靠拢,说明电流方向相同时,两导线相互吸引;
同理可知:如上右图所示,当通入电流方向相反时,两导线远离,两导线相互排斥;
故答案为:奥斯特,吸引,排斥。
丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围会产生磁场;
根据安培定则和左手定则,判断两导线之间的作用力性质。
本题考查了奥斯特的电流磁效应实验、安培定则、左手定则和洛仑兹力,电流的磁场、磁场对电流的作用,要在理解的基础上加强记忆。
13.【答案】解:根据法拉第电磁感应定律,棒中的感应电动势为:
根据闭合电路欧姆定律,感应电流大小为:
当棒向右匀速运动时,棒中有由向的电流,根据左手定则可知棒所受的磁场力水平向左。
,
答:棒中感应电动势的大小为;
回路中感应电流的大小为;
棒做匀速运动时受到的安培力的大小为。
【解析】根据法拉第电磁感应定律列式求出感应电动势。
相当于电源,根据闭合电路欧姆定律求解感应电流大小。
根据安培力公式求解。
本题是电磁感应、电路和磁场知识的综合,考查分析和解决综合题的基本能力。关键要掌握法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、右手定则和安培力公式等等电磁学基本规律。
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