6.1 探究磁场对电流的作用 同步练习（含答案解析） (1)

6.1
探究磁场对电流的作用
同步练习
一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分)
1．下列有关磁感应强度及安培力的说法正确的有(　　)
A．若某处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受安培力一定为零
B．通电导线放在磁场中某处不受安培力的作用时，则该处的磁感应强度一定为零
C．同一条通电导线放在磁场中某处所受的安培力是一定的
D．磁场中某点的磁感应强度与该点是否放通电导线无关
解析：若磁场某处的磁感应强度为零，则放在该处的通电电流所受的安培力一定为零，故A正确；若导线平行于磁场方向放置时，通电导线所受的安培力也为零，故B不正确；同一条通电直导线放置在磁场中某处所受的安培力与导线的放置位置有关，导线与磁场垂直受力最大，故C项不正确；磁感应强度是反映磁场性质的物理量与是否放置通电导线无关，故D正确．
答案：AD
2．在图1中，分别标出了磁场B的方向、电流I的方向和导线所受安培力F的方向，其中正确的是(　　)
图1
解析：由左手定则可以判断，安培力的方向正确的是图C.
答案：C
3．下列有关磁电式电流表的说法中正确的是(　　)
A．电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用
B．电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用
C．电流表的指针的偏转角度与所通电流成正比
D．电流表的指针的偏转角度与所通电流成反比
解析：磁场是均匀辐向分布的，安培力对线框起转动作用，故A错误，B正确；当线框所受安培力的转动力矩与弹簧产生的阻力力矩相等时，指针有确定读数，转动角度与电流成正比关系，C正确，D错误．
答案：BC
4．如图2所示为两根互相平行的通电导线a、b的横截面图，a、b的电流方向已在图中标出．那么导线a中电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向应分别是(　　)
图2
A．磁感线顺时针方向，磁场力向左
B．磁感线顺时针方向，磁场力向右
C．磁感线逆时针方向，磁场力向左
D．磁感线逆时针方向，磁场力向右
解析：根据安培定则可确定导线a中电流产生的磁场方向为顺时针，用左手定则可以确定导线b所受磁场力的方向向右，故B选项正确．
答案：B
5．一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图3所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将(　　)
A．不动　　　　　　
B．顺时针转动
图3
C．逆时针转动
D．向纸面内平动
解析：环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得线圈L1的转动方向应是：从左向右看顺时针转动．所以B正确．
答案：B
6.如图4所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为(　　)
图4
A．0
B．0.5BIl
C．BIl
D．2BIl
解析：V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力F＝BIl.
另解：V形导线通入电流后，在磁场中的有效长度为“连接两端点直线的长度”，等于2×2lsin30°＝l，故整体所受安培力F＝BIl.
答案：C
7．如图5所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于螺线管上方，MN与螺线管轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直于纸面向外运动，可以(　　)
A．将a、c端接电源正极，b、d端接电源负极
B．将b、d端接电源正极，a、c端接电源负极
图5
C．将a、d端接电源正极，b、c端接电源负极
D．将a、c端接交流电源的一极，b、d端接交流电源的另一极
解析：当螺线管d接电源的正极时，由安培定则，MN处的磁场方向竖直向下，根据左手定则，要使MN向纸外运动，电流方向应由N→M，此时b应接电源的正极，故B正确，C错误，同理可判断，A、D也正确．
答案：ABD
8．如图6所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则(　　)
A．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极
图6
B．如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极
C．无论如何台秤的示数都不可能变化
D．以上说法都不正确
解析：如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A正确，B、C、D错误．
答案：A
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
9．(10分)如图7所示，在同一水平面上的两根导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为3.6
kg，有效长度为2
m的金属棒放在导轨上．当金属棒中的电流为5
A时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流增加到8
A时，金属棒的加速度为2
m/s2，求磁场的磁感应强度的大小．
图7
解析：棒匀速运动，有：BI1l＝μ
mg　
①
棒匀加速运动时，有：BI2l－μ
mg＝ma　
②
联立①、②解得：B＝＝1.2
T.
答案：1.2
T
10．(12分)如图8所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距1
m，导体棒ab跨放在导轨上，导体棒的质量m＝0.2
kg，导体棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体质量
M＝0.3
kg，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5.匀强磁场的磁感应强度B＝2
T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在导体棒中通入多
图8
大的电流？方向如何？
解析：为了使物体匀速上升，导体棒所受安培力方向应向左，由左手定则可知，导体棒中的电流方向应为a→b.
由平衡条件得：BIL＝Mg＋μmg
解得：I＝＝2
A
答案：2
A　方向a→b
11．(15分)如图9所示，固定的两光滑导体圆环半径为0.5
m，相距1
m．在两圆环上放一导体棒，圆环上接有电源，电源的电动势为3
V，内阻不计．导体棒质量为60
g，电阻为1.5
Ω.匀强磁场竖直向上，且B＝0.4
T．开关S闭合后，棒从圆环底端上滑至某一位置后静止，试求：
图9
(1)静止后每个环对棒的支持力为多少？(g＝10
m/s2)
(2)此棒静止后的位置与环底高度差多少？
解析：(1)导体棒静止时，设每个环对棒的支持力为F1，两环对棒的作用力为FN，则FN＝2F1，棒受重力mg、两环对其作用力FN和安培力F的共同作用而平衡，则三力的合力为零，如图所示．由安培力公式得F＝ILB＝＝
N＝0.8
N，
则F1＝＝＝
N＝0.5
N.
(2)设环对棒的作用力FN与水平方向的夹角为θ，棒静止后的位置与环底高度差为h.则tanθ＝＝＝，h＝r(1－sinθ)＝0.5×(1－)
m＝0.2
m.
答案：(1)0.5
N　(2)0.2
m
12．(15分)如图10所示，电源电动势E＝2
V，内电阻r＝0.5
Ω.竖直导轨电阻可忽略，金属棒的质量m＝0.1
kg，电阻R＝0.5
Ω.它与导轨的动摩擦因数μ＝0.4，有效长度为L＝0.2
m．为了使金属棒能够靠在导轨外面静止不动，我们施一与纸面成30°向里且与金属棒垂直的磁场，问磁场方向是斜向上还是斜向下？磁感应强度B的范围是多大？
图10
解析：以静止的金属棒为研究对象，由左手定则可知磁场方向斜向下．其受力如图所示，根据平衡条件，若摩擦力Ff方向向上，则
B1ILsin30°＋μB1ILcos30°＝mg，
若摩擦力Ff方向向下，则
B2ILsin30°－μB2ILcos30°＝mg，
其中电流　I＝E/(R＋r)，
代入数据得：B1＝3
T，B2＝16.3
T，故磁感应强度的范围是3
T≤B≤16.3
T.
答案：斜向下　3
T≤B≤16.3
T