1.1 磁场对通电导线的作用力 强化练习-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

高二上学期物理 安培力强化练习 一、单选题 1．通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是（　　） A． 线框有两条边所受的安培力方向相同 B． 线框有两条边所受的安培力大小相等 C． 线框所受的安培力的合力方向向左 D． 线框所受的安培力的合力为0 2．如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为 1T 的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙 D．d点的实际磁感应强度跟 b点的相同 述正确的是（　　） A．直导线中的电流方向垂直纸面向外 B．b点的磁感应强度为，方向斜向右上方，与 B 的夹角为45° C．c点的实际磁感应强度也为零 3．如图，高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线L1、L2、L3、L4的目的是固定各导线间距，防止导线互相碰撞，abcd的几何中心为O，当四根导线通有等大同向电流时（    ） A．几何中心O点的磁感应强度不为零 B．几何中心O点的磁感应强度为零 C．对的安培力比对的安培力小 D．所受安培力的方向沿正方形的对角线bd方向 4．(2021 广东）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流，四根平行直导线均通入电流，，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（　　） A． B． C． D． 5．长为的通电直导线放在倾角为的光滑斜面上，并处在磁感应强度为的匀强磁场中，如图所示，当方向垂直斜面向上，电流为时导体处于平衡状态，若方向改为竖直向上，则电流为时导体处于平衡状态，电流比值应为（　　） A． B． B． D． 6．电流天平可以测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂竖直挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向垂直线圈平面向里。当没有通电时，调节砝码使两臂达到平衡。当线圈中通过如图所示方向的电流I时，要使两臂重新达到平衡，在某一盘中增加了质量为m的砝码。重力加速度大小为g，下列说法正确的是（    ） A．增加的砝码在左盘中，匀强磁场的磁感应强度大小为 B．增加的砝码在左盘中，匀强磁场的磁感应强度大小为 C．增加的砝码在右盘中，匀强磁场的磁感应强度大小为 D．增加的砝码在右盘中，匀强磁场的磁感应强度大小为 7．如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁N极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时，下列分析正确的是（　　） A．c端与右侧抛出圆弧对应的圆心O等高 B．小钢球换成小木球，依然可以“永动” C．轨道a应接电源的正极，轨道b应接电源的负极 D．若不改变电源方向，只将永磁铁S极朝上放置，小钢球依然可以逆时针“永动” 8．如图甲所示，单匝矩形线圈垂直固定在匀强磁场中。规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。以逆时针方向为电流正方向，以向右方向为安培力正方向，下列关于段导线中的感应电流i和受到的安培力F随时间变化的图像正确的是（　　） A． B． C．D． 二、多选题 9．（多选）中国电磁炮技术世界领先，如图是一种电磁炮简易模型。间距为L的光滑平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则（　　） A．磁场方向竖直向下 B．闭合开关瞬间，安培力的大小为 C．炮弹的出射速度越大，阻力也越大 D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射 10．（多选）如图甲所示，一通电导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上并静止在水平位量。当导体棒所在空间加上匀强磁场，再次静止时细线与竖直方向成θ角，如图乙所示（图甲中从左向右看）。已知导体棒长度为L、质量为m、电流为I，重力加速度大小为g。关于乙图，下列说法正确的是（　　） A．当磁场方向斜向右上方且与细线垂直时磁感应强度最小 B．磁感应强度的最小值为 C．磁感应强度最小时，每根细线的拉力大小为 D．当磁场方向水平向左时，不能使导体棒在图示位置保持静止 三、计算题 11．如图所示，一根长度L=1m、质量m=0.5kg的导体棒垂直导轨放置，空间存在垂直纸面向里、大小为5T的匀强磁场B，导体棒中通有电流I，导体棒所受安培力恰好等于所受重力，取重力加速度大小g=10m/s2，导体棒始终静止，求： （1）电流I的大小； （2）导体棒对导轨的作用力大小F。 12．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种武器，它的工作原理示意图如图所示。在一次实验中，利用这种装置可以把处于轨道初端的质量为m=的金属杆（包括弹体）由静止加速到。若这种装置的水平金属轨道宽d=，长为L=，通过金属杆的电流恒为I=，金属杆与轨道间的摩擦可忽略不计，求： (1)轨道间所加垂直于轨道平面的匀强磁场的磁感应强度的大小； (2)金属杆加速过程中所受安培力的最大功率； (3)穿过金属杆扫过的面积的磁通量大小。 13.如图所示，两平行导轨间距为L=0.5m，导轨电阻忽略不计。导体棒质量m=60g，位于导轨间的电阻R=1Ω，与导轨竖直部分接触良好。已知电源电动势为E=3V，内阻为r=0.5Ω，定值电阻R0=1.5Ω。在导体棒所在空间加一匀强磁场（图中仅用一根磁感线表示），磁场方向垂直于导体棒，且与竖直方向夹角可变，导体棒始终处于静止状态，重力加速度g=10m/s2，则： （1）若磁场与竖直方向夹角，求磁感应强度的大小； （2）若导轨竖直部分与导体棒间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），且磁场与竖直方向夹角，求磁感应强度B2的最小值。 14．如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.5m，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B=0.5T、方向竖直向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=10V、内阻r=0.5Ω的直流电源，现把一个质量m=0.08kg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R=2Ω，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g=10m/s2，sin37°=0.6。 （1）求导体棒受到的安培力； （2）求导体棒与金属导轨间的动摩擦因数的大小。（结果保留两位有效数字） 15．如图所示，简易的“电磁秤”由两平行金属导轨CD、EF间距L=0.1m，与水平面夹角为37°，两导轨与电动势E0=9V内阻不计的电源、电流表（量程0~3A）、开关S、滑动变阻器R（阻值范围为0~100Ω）相连。质量M=0.14kg、电阻R0=2Ω的金属棒MN垂直于导轨放置，空间施加竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=5T，垂直接在金属棒中点的轻绳与导轨平面平行，跨过定滑轮后另一端接有秤盘。在秤盘中放入待测物体，闭合开关S，调节滑动变阻器，当金属棒平衡时，通过读取电流表的读数就可以知道待测物体的质量。已知秤盘中不放物体且金属棒静止时电流表读数I0=0.1A．其余电阻、摩擦以及轻绳质量均不计，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 (1)求秤盘的质量m0； (2)求此“电磁秤”能称量的最大质量及此时滑动电阻器接入电路的阻值； (3)为了便于得出秤盘上物体质量m的大小，请写出m与I的表达式。 高二物理 安培力强化练习参考答案20241118 1、【答案】B 【详解】由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反。ab边受到向右的安培力，cd边受到向左的安培力。因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故，线框所受合力方向向右。 故选B。 2、【答案】B 【详解】A．题中的磁场是由直导线电流的磁场和匀强磁场共同形成的，磁场中任一点的磁感应强度应为两磁场分别产生的磁感应强度的矢量合。a处磁感应强度为0，说明直导线电流在该处产生的磁感应强度大小与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，可得直导线中电流方向应是垂直纸面向里，故A错误； B．通电导线在b处的磁感应强度方向竖直向上，根据磁场的叠加原理可得点的磁感应强度大小为，方向与B成45°角斜向右上方，故B正确； C．在圆周上任一点，由直导线电流产生的磁场的磁感应强度大小均为，方向沿圆周切线方向，可知c点的磁感应强度大小为2T，方向向右，故C错误。 D．通电导线在d处的磁感应强度方向竖直向下，根据磁场的叠加原理可得d点的磁感应强度大小为，方向与B成45°角斜向右下方，故与b点的不相同，故D错误。 故选B。 3、【答案】B 【详解】AB．因四条导线中的电流大小相等，O点与四条导线的距离均相等，由安培定则和对称性可知，L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大反向，L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大反向，所以四条导线在O点的磁感应强度等于0，故A错误，B正确； C．L2相比L3离L1更近些，处于L1较强的磁场区域，由 安培力大小与B成正比，可知对的安培力大于对的安培力，故C错误； D．根据“同向电流吸引，反向电流排斥”的推论可知，L1受其余三条导线的吸引力分别指向三条导线，根据对称性，L2与L4对L1的安培力大小相等，所以两者合力指向ac方向，再与L3对L1的安培力（沿ac方向）合成，总安培力方向沿正方形的对角线方向，故D错误。 故选B。 4、【答案】C 【详解】因，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C。 故选C。 5、【答案】D 【详解】根据平衡条件有 解得 6、【答案】A 【详解】当线圈中通过如图所示方向的电流I时，线圈受安培力向下，要使两臂重新达到平衡，在左盘中增加砝码 匀强磁场的磁感应强度大小为故选A。 7．C【详解】A．小球从c点飞出后，速度沿圆弧在c点的切线方向，所以c点应高于圆心的高度，这样小球从c点飞出后的速度方向才能指向漏斗，也才能回到漏斗中，故A错误； B．换成木球在磁场中没有安培力的作用，无法实现“永动”，故B错误； C．小钢球在磁铁上方应受到向右的安培力，根据左手定则可知，小钢球中的电流方向应从轨道a流向轨道b，故轨道a应接电源的正极，轨道b应接电源的负极，故C正确； D．根据上述分析可知，若只将永磁铁S极朝上放置，依据左手定则可知，小钢球受到安培力的方向向左，安培力阻碍小钢球运动，无法实现逆时针“永动”，故D错误。 故选C。 8．B【详解】A B．时间内，磁感应强度减小，方向垂直纸面向里，由楞次定律可知，产生的感应电流沿顺时针方向，为负，同理可知，时间内，电流为正，由法拉第电磁感应定律可知，时间内通过段导线的电流是时间内通过段导线的，故A错误，B正确； C D．由左手定则可知，在0~0.5T时间内，bc边所受安培力水平向右为正，在0.5T~T时间内，bc边所受安培力水平向左为负；根据 可知，在0~0.5T时间内，bc边所受安培力逐渐减小；在0.5T~T时间内，bc边所受安培力逐渐增加，且在0.5T~T时间内安培力的最大值为在0~0.5T时间内最大值的4倍，CD错误。 9、【答案】BC 【详解】A．从上往下看，流过炮弹的电流为逆时针方向，炮弹所受安培力水平向右，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，故A错误； B．闭合开关瞬间电流为 则安培力为 故B正确； C．金属棒开始运动后，切割磁感线会产生与外加电源反向的感应电动势，根据 可知随着炮弹速度的增大，反向电动势随之增大，感应电流也增大，根据左手定则知该感应电流对应炮弹受到的安培力为阻力，所以炮弹的出射速度越大，阻力也越大，故C正确； D．若同时将电流和磁场方向反向，根据左手定则可知，炮弹发射方向不变，故D错误。 10、【答案】BC 【详解】 根据平行四边形定则可知，当安培力的方向与绳子的方向垂直时，安培力有最小值，此时对应的磁感应强度有最小值，则由左手定则可知，当安培力有最小值时磁场的方向沿着绳子的方向斜向左上方，此时安培力的大 根据安培力公式 解得故A错误，B正确； C．根据平衡条件可得 解得故C正确； 11、【详解】（1）导体棒所受安培力恰好等于所受重力 解得 （2）对导体棒受力分析，导体棒受重力、安培力、导轨对导体棒的作用力 导体棒始终静止，根据力的合成与分解可得 由牛顿第三定律得 12、【详解】（1）金属杆所受的安培力 金属杆的加速度 又 联立解得磁感应强度 （2）金属杆加速过程中所受安培力的最大功率 （3）穿过金属杆扫过的面积的磁通量大小 13.（1）由闭合电路欧姆定律有 磁场与竖直方向夹角，由左手定则可知安培力竖直向上，由受力分析得 解得 （2）磁场与竖直方向夹角时，安培力水平向右。由受力分析知，当物体重力恰好等于最大静摩擦力时，磁感应强度有最小值。此时在竖直方向有水平方向有 数据代入解得 14.【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律，有 导体棒受到的安培力的大小为 解得 由左手定则判断可知导体棒受到的安培力的方向水平向右。 （2）对导体棒受力分析，如下图所示 导体棒受到的最大静摩擦力为 又有 解得 15、【详解】（1）秤盘中不放物体且金属棒静止时电流表读数为I0=0.1A，对金属棒受力分析， 根据平衡条件可得 解得 （2）当电路中的电流最大时，称量物体的质量最大，电路中的最大电流为电流表的量程，即 解得 对金属棒以及所称物体、秤盘受力分析，根据平衡条件可得 代入数据解得 （3） 电流表示数与所称物体的质量满足 解得（0. 1 A<I<3 A) 1 学科网（北京）股份有限公司 $$