高二物理人教版（2019）选择性必修二 1.1磁场对通电导线的作用力 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 高二物理人教版（2019）选择性必修二 1.1磁场对通电导线的作用力 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 762.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-17 18:40:43 | ||
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文档简介
1.1磁场对通电导线的作用力
一、单选题
1．如图所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的2倍，则导线受到安培力的大小将（ ）
A．减小为原来的1/4 B．减小为原来的1/2
C．增大为原来的4倍 D．增大为原来的2倍
2．如图为“电流天平”，可用于测定磁感应强度．在天平的右端挂有一矩形线圈，设其匝数为N，底边cd长L，放在垂直于纸面向里的待测匀强磁场中，且线圈平面与磁场垂直．当线圈中通入如图方向的电流I时，调节砝码使天平平衡．若保持电流大小不变，使电流方向反向，则要在天平右盘加质量为m的砝码，才能使天平再次平衡．则磁感应强度B的大小为( )
A．
B．
C．
D．
3．如图所示，间距为100cm的两平行固定金属导轨上端接有电动势为6V、内阻为1的直流电源，导轨与水平面的夹角为30°，空间存在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为0.8T的匀强磁场。现把一个质量为60g的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒能静止在导轨上。导体棒的有效电阻为11，其余电阻不计，重力加速度大小为，约为1.7。下列说法正确的是（ ）
A．通过导体棒的电流为0.5A
B．导体棒受到的安培力大小为0.8N
C．导体棒受到的摩擦力大小为0.7N
D．导体棒与导轨间的动摩擦因数不小于0.1
4．高压直流输电是利用稳定的直流电具有无感抗、容抗影响小、无同步问题等优点而采用的大功率远距离输电方式。沈阳徐家变电所----沈本新城高压直流输电工程就采用了这种输电方式。其中有一段东西走向的水平输电线，电流方向由西到东，该处地磁场所受安培力的方向是：（ ）
A．竖直向上 B．斜向上，且偏北
C．竖直向下 D．斜向下，且偏南
5．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
6．在赤道处沿东西方向放置一根直导线，导线中的电流方向是由西向东，则导线受到地磁场的作用力方向，正确的是（ ）．
A．向南 B．向上 C．向北 D．向下
7．如图甲所示，斜面固定在水平面上，一通电导体棒ab置于斜面上且与底边平行，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒所受的安培力为F；若仅将导体棒从中点处折成相互垂直的两段，且端点a、b连线仍与斜面底边平行，图乙所示，则此时导体棒所受的安培力为（ ）
A． B． C． D．
8．利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度．当外界拉力作用于力敏传感器的挂钩上时，数字电压表上的读数U与所加外力F成正比，即U＝kF，式中k为比例系数．用绝缘悬丝把底部长为L、电阻为R、质量为m的方形线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用软细铜丝连接线框与电源，细铜丝的电阻忽略不计．当线框接入电压为E1时，电压表的示数为U1；当线框接入电压为E2时，电压表示数为U2.则磁感应强度的大小为( )
A．B＝| |
B．B＝| |
C．B＝| |
D．B＝| |
二、多选题
9．如图，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当线圈通逆时针方向电流时，直导线通从N到M电流时，线圈所受安培力的合力方向及通过线圈的磁感应强度方向是（ ）
A．向左 B．向右
C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
10．在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。如图中的几幅图象表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I的关系。a、b各代表一组F—I的数据。下列图中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
11．长20 cm的通电直导线，通以1 A的电流，在匀强磁场中某处受到的磁场力为0.4 N，则该磁场的磁感应强度可能为（ ）
A．4 T B．5 T C．1T D．0.08T
12．如图是倾角θ=37°的光滑绝缘斜面在纸面内的截面图。一长为L、质量为m的导体棒垂直纸面放在斜面上，现给导体棒通入电流强度为I，并在垂直于导体棒的平面内加匀强磁场，要使导体棒静止在斜面上，已知当地重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8.则以下说法正确的是（ ）
A．所加磁场方向与x轴正方向的夹角α的范围应为
B．所加磁场方向与x轴正方向的夹角α的范围应为
C．所加磁场的磁感应强度的最小值为
D．所加磁场的磁感应强度的最小值为
三、解答题
13．如图所示，水平放置的两平行金属导轨间距L=0.5m，所接电源的电动势E=1.5V，内阻r=0.2Ω，金属棒的电阻R=2.8Ω，与平行导轨垂直，其余电阻不计，金属棒处于磁感应强度B=2.0T、方向与水平方向成60°角的匀强磁场中。在接通电路后金属棒还是静止，g=10m/s2，求：
(1)金属棒受到的安培力的大小和方向如何？
(2)若棒的质量m=8×10-2kg，此时导轨对它的支持力是多少？
14．如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度B=1T．有一段长L=0.1 m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．
（1）判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下；
（2）求导线所受到的安培力F的大小．
15．如图所示，两平行金属导轨间的距离，金属导轨所在的平面与水平面夹角，金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，它与导轨间的动摩擦因数，整个装置放在磁感应强度大小、垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻，金属导轨电阻不计，重力加速度取。
（1）求导体棒受到的摩擦力的大小和方向；
（2）若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小的取值范围。
参考答案：
1．D
【详解】由安培力公式F=BIL知，当电流增大为2倍后，导线受安培力大小也将增大为原来的2倍，故选项D正确，其余错误．
2．A
【详解】电流的大小不变，方向反向，cd边安培力的方向变为竖直向上，相当于右边少了2FA的作用力．根据平衡条件可得：2FA=mg，又有：FA=NBIL，联立解得：，故A正确，BCD错误．
3．A
【详解】A．由闭合电路的欧姆定律可知，流过导体棒的电流
故A正确；
B．导体棒受到的安培力大小为
故B错误；
C．导体棒能静止在导轨上，则有
解得
故C错误；
D．根据
解得
所以导体棒与导轨间的动摩擦因数不小于0.2，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】根据地磁场的特点可知，沈阳附近处的磁场方向向北偏下，根据左手定则可知电流受到的安培力方向斜向上，且偏北，由牛顿第三定律判断地磁场受力的方向为斜向下，且偏南，故ABC错误，D正确；
故选D。
5．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。
6．B
【详解】地球磁场的南北极和地理的南北极相反，因此在赤道上方磁场方向从南指向北，电流的方向从西向东，依据左手定则可得安培力方向向上，故ACD错误，B正确。
故选B．
7．D
【详解】导体棒的有效长度为两端点之间的直线距离，所以当导体棒折成直角时，有效长度变为，所以安培力变为F；故D项正确，ABC三项错误。
故选D。
8．A
【分析】
【详解】由于数字电压表上的读数U与所加外力成正比，即U=kF，式中k为比例系数，当通上电流后，设安培力为FA，有，即
整理得：，而，解得：，故A正确．
9．AD
【详解】AB．根据安培定则，判断出直导线左侧磁场垂直纸面向外，右侧磁场垂直纸面向里。再根据左手定则判断出线圈各边受安培力方向：ab边向左，cd边向左，ab边和导线更近因此安培力更大。bc边与da边电流大小相等，流动方向相反，安培力平衡。故线圈所受安培力的合力方向向左。故A正确；B错误；
CD．直导线在线圈内有方向不同的两个磁场，根据直导线磁场的对称性可知，线圈内合磁场的方向为垂直纸面向里。故C错误；D正确。
故选AD。
10．BC
【详解】导线的方向与磁场方向垂直，根据安培力公式可知，安培力
F=BIL
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BC正确，AD错误。
故选BC。
11．AB
【详解】由安培力的公式有：F=BILsinθ，则磁场的磁感应强度为：
由于sinθ≤1，则有：
故选AB。
12．BC
【详解】AB．根据共点力平衡知，安培力的方向在垂直斜面向下与竖直向上的这两个方向之间，根据左手定则知，所加磁场方向与x轴正方向的夹角θ的范围应为，故A错误，B正确。
CD．当安培力的方向与支持力方向垂直时，安培力最小，根据矢量三角形定则有
则磁感应强度的最小值
故C正确，D错误。
故选BC。
13．(1)0.5N，与导轨平面成30°角斜向左上方；(2) 0.55N
【详解】(1)由闭合电路欧姆定律有
金属棒受到的安培力的大小
由左手定则可知其方向与导轨平面成30°角斜向左上方
(2)设金属棒所受支持力为FN，由竖直方向受力平衡知
解得FN=0.55N
14．（1）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F的大小为0.05N
【详解】试题分析：（1）由左手定则可判定安培力
（2）由于磁场和导体棒垂直，由F=BIL可得安培力
解：（1）由左手定则可以判断出，导线所受安培力的方向垂直导线向上．
（2）导线受到的安培力：F=BIL=1×0.5×0.1N=0.05N
答：（1）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F的大小为0.05N．
【点评】本题重点是掌握好左手定则，记住“左力右电”．
15．（1）0.4N，向上；（2）
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得
受力分析知安培力沿斜面向上
重力沿斜面的分力为
由于安培力小于重力沿斜面的分力，故摩擦力向上
（2）当较小时，安培力较小，在导体棒重力的分力作用下导体棒有沿导轨下滑的趋势，金属棒所受的静摩擦力沿导轨向上，金属棒刚好不下滑时，满足平衡条件，则得
代入数据解得
当较大时，安培力较大，摩擦力方向沿导轨向下时
代入数据解得
则磁感应强度的取值范围为
一、单选题
1．如图所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的2倍，则导线受到安培力的大小将（ ）
A．减小为原来的1/4 B．减小为原来的1/2
C．增大为原来的4倍 D．增大为原来的2倍
2．如图为“电流天平”，可用于测定磁感应强度．在天平的右端挂有一矩形线圈，设其匝数为N，底边cd长L，放在垂直于纸面向里的待测匀强磁场中，且线圈平面与磁场垂直．当线圈中通入如图方向的电流I时，调节砝码使天平平衡．若保持电流大小不变，使电流方向反向，则要在天平右盘加质量为m的砝码，才能使天平再次平衡．则磁感应强度B的大小为( )
A．
B．
C．
D．
3．如图所示，间距为100cm的两平行固定金属导轨上端接有电动势为6V、内阻为1的直流电源，导轨与水平面的夹角为30°，空间存在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为0.8T的匀强磁场。现把一个质量为60g的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒能静止在导轨上。导体棒的有效电阻为11，其余电阻不计，重力加速度大小为，约为1.7。下列说法正确的是（ ）
A．通过导体棒的电流为0.5A
B．导体棒受到的安培力大小为0.8N
C．导体棒受到的摩擦力大小为0.7N
D．导体棒与导轨间的动摩擦因数不小于0.1
4．高压直流输电是利用稳定的直流电具有无感抗、容抗影响小、无同步问题等优点而采用的大功率远距离输电方式。沈阳徐家变电所----沈本新城高压直流输电工程就采用了这种输电方式。其中有一段东西走向的水平输电线，电流方向由西到东，该处地磁场所受安培力的方向是：（ ）
A．竖直向上 B．斜向上，且偏北
C．竖直向下 D．斜向下，且偏南
5．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
6．在赤道处沿东西方向放置一根直导线，导线中的电流方向是由西向东，则导线受到地磁场的作用力方向，正确的是（ ）．
A．向南 B．向上 C．向北 D．向下
7．如图甲所示，斜面固定在水平面上，一通电导体棒ab置于斜面上且与底边平行，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒所受的安培力为F；若仅将导体棒从中点处折成相互垂直的两段，且端点a、b连线仍与斜面底边平行，图乙所示，则此时导体棒所受的安培力为（ ）
A． B． C． D．
8．利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度．当外界拉力作用于力敏传感器的挂钩上时，数字电压表上的读数U与所加外力F成正比，即U＝kF，式中k为比例系数．用绝缘悬丝把底部长为L、电阻为R、质量为m的方形线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用软细铜丝连接线框与电源，细铜丝的电阻忽略不计．当线框接入电压为E1时，电压表的示数为U1；当线框接入电压为E2时，电压表示数为U2.则磁感应强度的大小为( )
A．B＝| |
B．B＝| |
C．B＝| |
D．B＝| |
二、多选题
9．如图，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当线圈通逆时针方向电流时，直导线通从N到M电流时，线圈所受安培力的合力方向及通过线圈的磁感应强度方向是（ ）
A．向左 B．向右
C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
10．在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。如图中的几幅图象表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I的关系。a、b各代表一组F—I的数据。下列图中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
11．长20 cm的通电直导线，通以1 A的电流，在匀强磁场中某处受到的磁场力为0.4 N，则该磁场的磁感应强度可能为（ ）
A．4 T B．5 T C．1T D．0.08T
12．如图是倾角θ=37°的光滑绝缘斜面在纸面内的截面图。一长为L、质量为m的导体棒垂直纸面放在斜面上，现给导体棒通入电流强度为I，并在垂直于导体棒的平面内加匀强磁场，要使导体棒静止在斜面上，已知当地重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8.则以下说法正确的是（ ）
A．所加磁场方向与x轴正方向的夹角α的范围应为
B．所加磁场方向与x轴正方向的夹角α的范围应为
C．所加磁场的磁感应强度的最小值为
D．所加磁场的磁感应强度的最小值为
三、解答题
13．如图所示，水平放置的两平行金属导轨间距L=0.5m，所接电源的电动势E=1.5V，内阻r=0.2Ω，金属棒的电阻R=2.8Ω，与平行导轨垂直，其余电阻不计，金属棒处于磁感应强度B=2.0T、方向与水平方向成60°角的匀强磁场中。在接通电路后金属棒还是静止，g=10m/s2，求：
(1)金属棒受到的安培力的大小和方向如何？
(2)若棒的质量m=8×10-2kg，此时导轨对它的支持力是多少？
14．如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度B=1T．有一段长L=0.1 m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．
（1）判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下；
（2）求导线所受到的安培力F的大小．
15．如图所示，两平行金属导轨间的距离，金属导轨所在的平面与水平面夹角，金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，它与导轨间的动摩擦因数，整个装置放在磁感应强度大小、垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻，金属导轨电阻不计，重力加速度取。
（1）求导体棒受到的摩擦力的大小和方向；
（2）若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小的取值范围。
参考答案：
1．D
【详解】由安培力公式F=BIL知，当电流增大为2倍后，导线受安培力大小也将增大为原来的2倍，故选项D正确，其余错误．
2．A
【详解】电流的大小不变，方向反向，cd边安培力的方向变为竖直向上，相当于右边少了2FA的作用力．根据平衡条件可得：2FA=mg，又有：FA=NBIL，联立解得：，故A正确，BCD错误．
3．A
【详解】A．由闭合电路的欧姆定律可知，流过导体棒的电流
故A正确；
B．导体棒受到的安培力大小为
故B错误；
C．导体棒能静止在导轨上，则有
解得
故C错误；
D．根据
解得
所以导体棒与导轨间的动摩擦因数不小于0.2，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】根据地磁场的特点可知，沈阳附近处的磁场方向向北偏下，根据左手定则可知电流受到的安培力方向斜向上，且偏北，由牛顿第三定律判断地磁场受力的方向为斜向下，且偏南，故ABC错误，D正确；
故选D。
5．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。
6．B
【详解】地球磁场的南北极和地理的南北极相反，因此在赤道上方磁场方向从南指向北，电流的方向从西向东，依据左手定则可得安培力方向向上，故ACD错误，B正确。
故选B．
7．D
【详解】导体棒的有效长度为两端点之间的直线距离，所以当导体棒折成直角时，有效长度变为，所以安培力变为F；故D项正确，ABC三项错误。
故选D。
8．A
【分析】
【详解】由于数字电压表上的读数U与所加外力成正比，即U=kF，式中k为比例系数，当通上电流后，设安培力为FA，有，即
整理得：，而，解得：，故A正确．
9．AD
【详解】AB．根据安培定则，判断出直导线左侧磁场垂直纸面向外，右侧磁场垂直纸面向里。再根据左手定则判断出线圈各边受安培力方向：ab边向左，cd边向左，ab边和导线更近因此安培力更大。bc边与da边电流大小相等，流动方向相反，安培力平衡。故线圈所受安培力的合力方向向左。故A正确；B错误；
CD．直导线在线圈内有方向不同的两个磁场，根据直导线磁场的对称性可知，线圈内合磁场的方向为垂直纸面向里。故C错误；D正确。
故选AD。
10．BC
【详解】导线的方向与磁场方向垂直，根据安培力公式可知，安培力
F=BIL
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BC正确，AD错误。
故选BC。
11．AB
【详解】由安培力的公式有：F=BILsinθ，则磁场的磁感应强度为：
由于sinθ≤1，则有：
故选AB。
12．BC
【详解】AB．根据共点力平衡知，安培力的方向在垂直斜面向下与竖直向上的这两个方向之间，根据左手定则知，所加磁场方向与x轴正方向的夹角θ的范围应为，故A错误，B正确。
CD．当安培力的方向与支持力方向垂直时，安培力最小，根据矢量三角形定则有
则磁感应强度的最小值
故C正确，D错误。
故选BC。
13．(1)0.5N，与导轨平面成30°角斜向左上方；(2) 0.55N
【详解】(1)由闭合电路欧姆定律有
金属棒受到的安培力的大小
由左手定则可知其方向与导轨平面成30°角斜向左上方
(2)设金属棒所受支持力为FN，由竖直方向受力平衡知
解得FN=0.55N
14．（1）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F的大小为0.05N
【详解】试题分析：（1）由左手定则可判定安培力
（2）由于磁场和导体棒垂直，由F=BIL可得安培力
解：（1）由左手定则可以判断出，导线所受安培力的方向垂直导线向上．
（2）导线受到的安培力：F=BIL=1×0.5×0.1N=0.05N
答：（1）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F的大小为0.05N．
【点评】本题重点是掌握好左手定则，记住“左力右电”．
15．（1）0.4N，向上；（2）
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得
受力分析知安培力沿斜面向上
重力沿斜面的分力为
由于安培力小于重力沿斜面的分力，故摩擦力向上
（2）当较小时，安培力较小，在导体棒重力的分力作用下导体棒有沿导轨下滑的趋势，金属棒所受的静摩擦力沿导轨向上，金属棒刚好不下滑时，满足平衡条件，则得
代入数据解得
当较大时，安培力较大，摩擦力方向沿导轨向下时
代入数据解得
则磁感应强度的取值范围为