高二物理粤教版（2019）选择必修二 1.1安培力 课时作业（含解析）

1.1安培力
一、单选题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．由可知，B与F成正比，与I、L的乘积成反比
B．由公式可知，电场中某点的电势φ与q成反比
C．安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直
D．电场线和磁感线都是客观存在的闭合曲线
2．关于安培力，下列说法正确的是（　　）
A．安培力只能做负功
B．安培力做功可以把电能转化为机械能
C．安培力的方向可能和磁场方向相同也可能相反
D．如果一电流所受安培力为零，则磁感应强度也一定为零
3．如图所示，两平行光滑无限长导轨所在的平面与水平面夹角为，导轨的一端接有电动势为E、内阻不计的直流电源，两导轨间的距离为L，在导轨所在空间内分布着方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场，一个质量为m的导体棒ab恰好静止在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒的电阻为R，金属导轨电阻不计，则下面正确的有（　　）
A．磁场的磁感应强度大小为
B．磁场的磁感应强度大小为
C．导体棒受到轨道的支持力为mgtanθ
D．导体棒受到轨道的支持力为mgsinθ
4．关于电场强度、磁感应强度，下列说法中正确的是（　　）
A．由公式可知，当r趋近于零时，电场强度趋近于无限大
B．电场强度的定义式适用于任何静电场
C．若一小段通电导体在某处不受安培力，说明此处一定无磁场
D．若一段长为L电流强度为I的通电导体在某处受到的安培力大小为F，则此处的磁感应强度大小为
5．如图所示，天平可以用来测定磁感应强度，磁场方向垂直纸面（虚线围成的区域），天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，共N 匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，下底边长为L2，右侧边伸入磁场中的长为L1，线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后天平重新平衡，下列说法中正确的是（　　）
A．磁场的磁感应强度
B．磁场的磁感应强度
C．磁场的磁感应强度
D．磁场的磁感应强度
6．如图所示，空间中有三根相互平行、连线构成等边三角形的固定长直导线L1、L2和L3，三根导线通有大小均为I、方向如图所示的恒定电流。下列说法正确的是（　　）
A．L1、L2在L3处产生的合磁场与L1、L2连线垂直
B．L2、L3在L1处产生的合磁场与L1、L3连线垂直
C．L1所受的安培力与L2、L3连线垂直
D．L3所受的安培力与L1、L2连线垂直
7．如图所示，MN、PQ为水平放置的平行导轨，通电导体棒ab垂直放置在导轨上，已知导体棒质量m=1kg，长l=2.0m，通过的电流I=5.0A，方向如图所示，导体棒与导轨间的动摩擦因数使导体棒水平向右匀速运动，要求轨道内所加与导体棒ab垂直的匀强磁场最小，则磁场的方向与轨道平面的夹角是（取g=10m/s2）（　　）
A． B． C． D．
8．电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定，线圈Ⅱ置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是（　　）
A．当天平示数为负时，两线圈电流方向相同
B．当天平示数为正时，两线圈电流方向相同
C．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力
D．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力小于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力
二、多选题
9．在物理学的发展道路上，许多物理学家及科学家们做出了杰出的贡献，下列与此有关的说法正确的是：
A．牛顿在给出万有引力定律的同时给出了引力常量
B．奥斯特最先发现了通电导线周边存在磁场，即电流的磁效应
C．亚里士多德认为：力不是维持物体运动的原因
D．安培给出了通电导线在磁场中受到的磁场力的方向的判断方法
10．如图所示，在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次载有1A、2A、3A的电流，电流方向如图所示，则（ ）
A．导线a所受的安培力方向向左
B．导线b所受的安培力方向向右
C．导线c所受的安培力方向向右
D．由于不能判断导线c所在位置的磁场方向，所以导线c受的安培力方向也不能判断
11．如图所示，四边形闭合线框，、、三点分别在三个正交轴上，坐标值均等于，整个空间处于平行于方向竖直向上的匀强磁场中，通入电流方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小下述正确的是（　　）
A．边与边受到的安培力大小相等
B．边受到的安培力最大
C．边与受到的安培力大小相等
D．边受安培力的作用最大
12．如图所示，某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度为B=0.1T，玻璃皿的横截面的半径为a=0.05m，电源的电动势为E=3V，内阻r=0.1Ω，限流电阻R0=4.9Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9Ω，闭合开关后当液体旋转时电压表的示数为1.5V，则（不计一切摩擦阻力）（ ）
A．由上往下看，液体做逆时针旋转
B．液体所受的安培力大小为1.5N
C．闭合开关后，液体热功率为0.081W
D．闭合开关10s，液体具有的动能是3.69J
三、解答题
13．如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流后，线圈的运动情况怎样？请用以下两种方法分析：
(1)把整个线圈看成一个通电螺线管；
(2)把线圈截成许多小段，每小段视为通电直导线，分析磁场对各小段导线的作用力。
14．如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.2 m、质量为的通电直导线，电流大小I＝1A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在方向竖直向上的磁场中。已知磁感应强度大小变化规律如图所示，求从零时刻开始计时，需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？g取
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的夹角，在导轨所在平面内分布着磁感应强度大小、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。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，导体棒恰好保持静止，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，金属导轨的电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小，，，求：
（1）导体棒受到的安培力；
（2）导体棒与金属导轨间的动摩擦因数。
参考答案：
1．C
【详解】A．为磁感应强度的比值定义式为，磁感应强度B与F、I、L均没有本质的决定关系，它是由磁场本身决定的，其大小和方向是唯一确定的，A错误；
B．电势是表征电场的能的性质的物理量，仅与电场本身的性质有关，与电场力做功的多少以及试探电荷的电荷量等无关，B错误；
C．安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即垂直于磁场与电流决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直，C正确；
D．电场线和磁感线都不是真实存在的，是为了形象地描述电场和磁场引入的假想曲线，电场线不是闭合曲线，磁感线是闭合曲线，D错误。
故选C。
2．B
【详解】A．安培力既可以做正功，也可以做负功，故A错误；
B．安培力做功可以把电能转化为机械能，故B正确；
C．安培力的方向一定和磁场方向垂直，故C错误；
D．如果一电流所受安培力为零，则可能是电流方向与磁感线平行，而磁感应强度不一定为零，故D错误。
故选B。
3．A
【详解】AB．导体棒ab恰好静止在金属导轨上时，受力分析如图
由平衡条件可得
由闭合电路的欧姆定理，可得
联立解得
故A正确，B错误；
CD．垂直于斜面的方向上，由平衡条件有
故CD选项均错误。
故选A。
4．B
【详解】A．当r趋近于零时不适用，A错误；
B．电场强度的定义式适用于任何静电场，B正确；
C．通电导体与磁场平行时不受安培力，故一小段通电导体在某处不受安培力，此处也可能存在磁场，C错误；
D．一段长为L电流强度为I的通电导体在某处受到的安培力大小为F，当电流方向与磁场垂直时此处的磁感应强度大小为，D错误；
故选B。
5．D
【详解】电流反向后，安培力反向，需要在天平右边加上砝码才能重新平衡，所以开始时安培力向下。开始时，根据平衡条件有
当电流反向后有
联立有
则磁场大小
故选D。
6．D
【详解】A．由右手螺旋定则，可知，L1、L2在L3处产生的磁场，B1、B2如图所示
B1垂直于L1、L3连线，B2垂直于L2、L3连线。由于各导线中电流相等，由对称关系可知B1、B2大小相等，结合平行四边形定则可得合场强方向与L1、L2连线平行且向右，A错误；
B．与A项分析相同，可得L2、L3在L1处产生的磁场B2、B3如图所示
可知，合场强应垂直L2、L3连线指向右上方，B错误；
C．由B项分析的L1处磁场方向，结合左手定则判断导线L1所受安培力平行于L2、L3连线指向右下方，C错误；
D．同理，由左手定则可以判断L3所受的安培力与L1、L2连线垂直且向上，D正确。
故选D。
7．C
【详解】对导体棒进行受力分析，如图所示，受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力、与运动方向相反的摩擦力，故要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，则设磁场方向与轨道平面成θ角向左斜向上，由左手定则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示
则有：
，
联立解得
则
时磁感应强度最小
故选C。
8．A
【详解】A．当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同，故A正确；
B．当天平示数为正时，说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反，故B错误；
CD．线圈Ⅰ和线圈Ⅱ之间的作用力是一对相互作用力，二者等大反向，故C错误，D错误；
故选择：A。
9．BD
【详解】牛顿在给出万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量，选项A错误；奥斯特最先发现了通电导线周边存在磁场，即电流的磁效应，选项B正确；伽利略认为：力不是维持物体运动的原因，选项C错误；安培给出了通电导线在磁场中受到的磁场力的方向的判断方法，选项D正确；故选BD.
10．AB
【详解】A．导线所受的磁场力可看成导线与导线对它作用力的合力；导线与导线的电流的方向相反，它们之间是排斥力；导线与导线的电流方向相反，它们之间是排斥力，所以导线所受的安培力方向向左，A正确；
B．同理可得导线所受的磁场力为导线与c所给的合力，导线所受的安培力方向向右，B正确；
CD．导线与导线的电流方向相反，它们之间是排斥力；导线与导线的电流方向相同，它们之间是引力，由于导线离导线近且电流较大，引力大于斥力，所以导线所受的安培力方向向左，CD错误。
故选AB。
11．AD
【详解】AC．由于边与磁场方向垂直，则边受到的安培力大小为
由于边与磁场方向平行，可知边没有受到安培力的作用，
设边与的夹角为，则边受到的安培力大小为
A正确，C错误；
BD．边与磁场方向垂直，且长度最长，故边受安培力的作用最大，并且大小为
B错误，D正确；
故选AD。
12．ACD
【详解】A、根据左手定则，导电液体受到的安培力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A正确；
B、电压表的示数，则根据闭合电路欧姆定律：，所以电路中的电流值为：，液体所受安培力为，故B错误；
C、玻璃皿中两极间液体的等效电阻为R=0.9Ω，液体的热功率为：，故C正确；
D、根据能量守恒定律，闭合开关10s，液体具有的动能是：，故D正确；
13．（1）把整个线圈看成一个通电螺线管，根据安培定则，线圈内部产生方向向右的磁场，则根据磁体内部的磁场方向，线圈左端为S极，则线圈会向左运动；（2）由左手定则可判断每一段导线受力的方向指向N极周围，即线圈受到的合力指向N极，所以线圈会向左运动
【详解】(1) 把整个线圈看成一个通电螺线管，根据安培定则，线圈内部产生方向向右的磁场，则根据磁体内部的磁场方向，线圈左端为S极，则线圈会向左运动；
(2)由左手定则可判断每一段导线受力的方向指向N极周围，即线圈受到的合力指向N极，所以线圈会向左运动。
14．20s
【详解】当斜面对导线的支持力为零时，对导线受力分析，如图
所以有
联立可得
又因为
F＝BIL
所以可解得 B＝4T；依题意得B与t的变化关系为
根据图像可知
所以t＝20s；即需要20s，斜面对导线的支持力为零。
15．（1），方向平行于导轨平面向上；（2）
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律，有
导体棒受到的安培力大小
解得
由左手定则判断可知导体棒受到的安培力的方向平行于导轨平面向上
（2）对导体棒受力分析，则有导体棒受到的最大静摩擦力
又
解得