2024-2025學(xué)年新教材高中物理第一章安培力與洛倫茲力1磁吃通電導(dǎo)線的作用力課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修2

PAGE9-磁場對通電導(dǎo)線的作用力(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.在赤道上空,水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線,則此導(dǎo)線()A.受到豎直向上的安培力 B.受到豎直向下的安培力C.受到由南向北的安培力 D.受到由西向東的安培力【解析】選A。赤道上空的地磁場方向是由南向北的,電流方向由西向東,畫出此處磁場和電流的方向圖如圖所示,由左手定則可推斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的,選項(xiàng)A正確。2.如圖所示,通電導(dǎo)線在紙面內(nèi)由Ⅰ位置繞垂直紙面的固定軸轉(zhuǎn)到Ⅱ位置,其他條件不變,該導(dǎo)線所受安培力大小 ()A.變大B.變小C.不變 D.不能確定【解析】選C。通電導(dǎo)線由Ⅰ位置繞固定軸轉(zhuǎn)到Ⅱ位置,導(dǎo)線仍舊與磁場垂直,故安培力F=BIL大小不變,故C正確,A、B、D錯誤。故選C?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面對里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L,且∠abc=∠bcd=135°。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示。關(guān)于導(dǎo)線abcd所受到的磁場的作用力的合力,下列說法正確的是 ()A.方向沿紙面垂直bc向上,大小為(+1)ILBB.方向沿紙面垂直bc向下,大小為(+1)ILBC.若在紙面內(nèi)將abcd逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°,力的大小減半D.若在紙面內(nèi)將abcd逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,力的大小減半【解析】選A。由安培力公式F=BIL與左手定則,可得ab段導(dǎo)線的安培力方向垂直于導(dǎo)線與磁感線構(gòu)成的平面并斜向左。同理cd段導(dǎo)線的安培力方向垂直于導(dǎo)線與磁感線構(gòu)成的平面并斜向右。因此由平行四邊形定則對這兩個(gè)安培力進(jìn)行分解,可得沿bc段方向的安培力分力正好相互平衡,所以ab段與cd段導(dǎo)線的安培力的合力為BIL,方向豎直向上;而bc段安培力的大小為BIL,方向是豎直向上。則導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力大小為(+1)BIL,方向是豎直向上。若在紙面內(nèi)將abcd旋轉(zhuǎn)任何角度,力的大小均不變,故A正確,B、C、D錯誤。3.用兩根細(xì)線把兩個(gè)完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來,讓二者等高平行放置,如圖所示,當(dāng)兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時(shí),則有 ()A.兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引B.兩導(dǎo)線環(huán)相互排斥C.兩導(dǎo)線環(huán)無相互作用力D.兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排斥【解析】選A。通電的導(dǎo)線環(huán)四周能夠產(chǎn)生磁場,磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。由于導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同,二者同位置處的電流方向完全相同,相當(dāng)于通入同向電流的直導(dǎo)線,據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律,判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引,故A正確。4.如圖所示,固定在水平地面上的傾角為θ的粗糙斜面上,有一根水平放在斜面上的導(dǎo)體棒,通有垂直紙面對外的電流,導(dǎo)體棒保持靜止。現(xiàn)在空間中加上豎直向下的勻強(qiáng)磁場,導(dǎo)體棒仍靜止不動,則 ()A.導(dǎo)體棒受到的合力肯定增大B.導(dǎo)體棒肯定受4個(gè)力的作用C.導(dǎo)體棒對斜面的壓力肯定增大D.導(dǎo)體棒所受的摩擦力肯定增大【解析】選C。分析導(dǎo)體棒的受力狀況:導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中受到重力mg、安培力F和斜面的支持力FN,摩擦力未知,且靜止。若mgsinθ=BILcosθ,則導(dǎo)體棒不受摩擦力;若mgsinθ>BILcosθ,則導(dǎo)體棒受4個(gè)力,摩擦力向上;若mgsinθ<BILcosθ,則摩擦力向下,摩擦力有可能比原來大,也可能比原來小,但無論什么狀況,導(dǎo)體棒對斜面的壓力肯定增大,為FN=mgcosθ+BILsinθ,故A、B、D錯誤,C正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,光滑斜面上放置一根通有恒定電流的導(dǎo)體棒,空間有垂直斜面對上的勻強(qiáng)磁場B,導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將勻強(qiáng)磁場的方向沿圖示方向緩慢旋轉(zhuǎn)到水平方向,為了使導(dǎo)體棒始終保持靜止?fàn)顟B(tài),勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)同步 ()A.增大B.減小C.先增大,后減小 D.先減小,后增大【解析】選A。對導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析如圖:當(dāng)磁場方向緩慢旋轉(zhuǎn)到水平方向,安培力方向緩慢從圖示位置轉(zhuǎn)到豎直向上,因?yàn)槌跏紩r(shí)刻安培力沿斜面對上,與支持力方向垂直,最小,所以安培力始終變大,而安培力:F安=BIL,所以磁場始終增大,故B、C、D錯誤,A正確。5.電流天平是一種測量磁場力的裝置,如圖所示。兩相距很近的多匝通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ,線圈Ⅰ固定,線圈Ⅱ置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時(shí),天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是()A.兩線圈電流方向相同時(shí),天平示數(shù)為正數(shù)B.兩線圈電流方向相反時(shí),天平示數(shù)為負(fù)數(shù)C.線圈Ⅰ的匝數(shù)越少,天平越靈敏D.線圈Ⅱ的匝數(shù)越多,天平越靈敏【解析】選D。當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí),說明兩線圈相互吸引,兩線圈電流方向相同,當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí),說明兩線圈相互排斥,兩線圈電流方向相反,故A、B錯誤;由于線圈Ⅱ放在天平托盤上,線圈Ⅱ受到線圈Ⅰ的作用力為F=N2BI2L。所以當(dāng)線圈Ⅱ6.如圖所示,兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置,通以方向相反、大小相等的電流,a、b兩點(diǎn)位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)。則 ()A.ef導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對里B.ef和cd導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的合磁場為零C.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右D.若同時(shí)變更兩導(dǎo)線的電流方向,兩導(dǎo)線各自受的安培力方向不變【解析】選D。依據(jù)安培定則可知,ef導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對外,選項(xiàng)A錯誤;依據(jù)安培定則可知,ef和cd導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向相同,則合磁場不為零,選項(xiàng)B錯誤;依據(jù)安培定則可知,ef導(dǎo)線在cd導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場垂直紙面對外,由左手定則可知,cd導(dǎo)線受到的安培力方向向左,選項(xiàng)C錯誤;依據(jù)“同向電流相互吸引,異向電流相互排斥”可知,若同時(shí)變更兩導(dǎo)線的電流方向,兩導(dǎo)線各自受的安培力方向不變,選項(xiàng)D正確;故選D。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)畫出圖中通電直導(dǎo)線A受到的安培力的方向?！窘馕觥?1)中電流與磁場垂直,由左手定則可推斷出A所受安培力方向如圖甲所示。(2)中條形磁鐵在A處的磁場分布如圖乙所示,由左手定則可推斷A受到的安培力的方向如圖乙所示。(3)中由安培定則可推斷出A處合磁場方向如圖丙所示,由左手定則可推斷出A受到的安培力方向如圖丙所示。(4)中由安培定則可推斷出A處磁場如圖丁所示,由左手定則可推斷出A受到的安培力方向如圖丁所示。答案:8.(12分)質(zhì)量為m=0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ=37°的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示?，F(xiàn)調(diào)整滑動變阻器的觸頭,為使桿ab靜止不動,求通過ab桿的電流范圍為多少?(g取10m/s2)【解題指南】解答本題應(yīng)留意以下三點(diǎn):(1)將立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖,對桿受力分析。(2)桿所受摩擦力方向可能沿斜面對上,也可能沿斜面對下。(3)桿靜止不動的臨界條件是摩擦力剛好達(dá)到最大靜摩擦力?！窘馕觥咳鐖D甲、乙所示是電流最大和最小兩種狀況下桿ab的受力分析圖。依據(jù)甲圖列式如下:F1-mgsinθ-f1=0,FN-mgcosθ=0,f1=μFN,F1=BImaxd,解上述方程得:Imax=0.46A。依據(jù)乙圖列式如下:F2+f2-mgsinθ=0,FN-mgcosθ=0,f2=μFN,F2=BImind,解上述方程得:Imin=0.14A。因此電流范圍是0.14～0.46A。答案:0.14～0.46A(15分鐘·40分)9.(7分)2024年1月,出現(xiàn)在中國海軍坦克登陸艦上的電磁軌道炮在全球“刷屏”,這是電磁軌道炮全球首次實(shí)現(xiàn)艦載測試。如圖所示為電磁炮的簡化原理示意圖,它由兩條水平放置的平行光滑長直軌道組成。軌道間放置一個(gè)導(dǎo)體滑塊作為彈頭。當(dāng)電流從一條軌道流入,經(jīng)彈頭從另一條軌道流回時(shí),在兩軌道間產(chǎn)生磁場,彈頭就在安培力推動下以很大的速度射出去。不計(jì)空氣阻力,將該過程中安培力近似處理為恒力,為了使彈頭獲得更大的速度,可適當(dāng)()A.減小平行軌道間距B.增大軌道中的電流C.縮短軌道的長度 D.增大彈頭的質(zhì)量【解析】選B。依據(jù)題意,安培力做的功等于彈頭獲得的動能。軌道間距減小,安培力減小,安培力做功減小,彈頭獲得動能減小,速度減小,故A錯誤;增大軌道中電流,安培力增大,安培力做功增大,彈頭獲得動能增大,速度增大,故B正確;縮短軌道長度,安培力做功減小,彈頭獲得動能減小,速度減小,故C錯誤;只增大彈頭質(zhì)量,安培力做功不變,彈頭獲得動能不變,所以速度減小,故D錯誤。10.(7分)如圖所示,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣斜面上,導(dǎo)軌間距為L,勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧上端固定,下端與水平直導(dǎo)體棒ab相連,彈簧與導(dǎo)軌平面平行并與ab垂直,直導(dǎo)體棒垂直跨接在兩導(dǎo)軌上,空間存在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場。閉合開關(guān)K后,導(dǎo)體棒中的電流為I,導(dǎo)體棒平衡時(shí),彈簧伸長量為x1;調(diào)轉(zhuǎn)圖中電源極性使棒中電流反向,導(dǎo)體棒中電流仍為I,導(dǎo)體棒平衡時(shí)彈簧伸長量為x2,忽視回路中電流產(chǎn)生的磁場,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為()A.(x2+x1) B.(x2-x1)C.(x2-x1) D.(x1+x2)【解析】選B。彈簧伸長量為x1時(shí),導(dǎo)體棒所受安培力沿斜面對上,依據(jù)平衡條件沿斜面方向有:mgsinα=kx1+BIL;電流反向后,導(dǎo)體棒所受安培力沿斜面對下,依據(jù)平衡條件沿斜面方向有:mgsinα+BIL=kx2;聯(lián)立兩式得:B=(x2-x1),選項(xiàng)B正確。11.(7分)(多選)如圖所示,在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極P(圖中未畫出),緊貼邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極Q,并把它們與電源的兩極相連,然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體?，F(xiàn)在把玻璃皿放在如圖所示的磁場中,下列推斷正確的是 ()A.若P接電源的正極,Q接電源的負(fù)極,俯視時(shí)液體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動B.若P接電源的正極,Q接電源的負(fù)極,俯視時(shí)液體順時(shí)針轉(zhuǎn)動C.若兩電極之間接50Hz正弦溝通電,液體不轉(zhuǎn)動D.若兩電極之間接50Hz正弦溝通電,液體不斷來回轉(zhuǎn)動【解析】選B、C。若P接電源正極,Q接電源負(fù)極,在電源外部電流由正極流向負(fù)極,因此電流由中心流向邊緣;器皿所在處的磁場豎直向上,由左手定則可知,導(dǎo)電液體受到的磁場力沿順時(shí)針方向,因此液體順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn);故選項(xiàng)A不合題意,選項(xiàng)B符合題意;P、Q與50Hz的溝通電源相接,電流方向變更時(shí)間過短,液體不會旋轉(zhuǎn),故選項(xiàng)C符合題意,選項(xiàng)D不合題意。12.(19分)如圖所示,電動機(jī)牽引一根原來靜止的、長為1m、質(zhì)量為0.1kg的導(dǎo)體棒MN,其電阻R為1Ω,導(dǎo)體棒架在處于豎直固定放置的框架上,勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T,當(dāng)導(dǎo)體棒上升h=3.8m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度,導(dǎo)體棒產(chǎn)生的熱量為2J,電動機(jī)牽引導(dǎo)體棒時(shí),電壓表、電流表示數(shù)分別為7V、1A,電動機(jī)的內(nèi)阻r=1Ω,不計(jì)框架電阻及一切摩擦;若電動機(jī)的輸出功率不變,g取10m/s2,求:(1)導(dǎo)體棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度為多少?(2)導(dǎo)體棒從靜止達(dá)