第1章 第1节 磁场对通电导线的作用力(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

训练一 磁场对通电导线的作用力 [对应素能提升训练第1页] 1.关于通电导线所受安培力F的方向,磁场B的方向和电流I的方向之间的关系,下列说法正确的是 （　　） A.F、B、I三者必须保持相互垂直 B.F必须垂直B、I,但B、I可以不相互垂直 C.B必须垂直F、I,但F、I可以不相互垂直 D.I必须垂直F、B,但F、B可以不相互垂直 解析　安培力F总是与磁场B方向和电流I方向决定的平面垂直,但B与I（即导线）可以垂直,也可以不垂直,通电导线受安培力时,力F与磁场及力F与导线都是垂直的,故A、C、D错误,B正确。 答案　B 2.（多选）某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0×10－5 T,一根长500 m的导线,电流为10 A,则该导线受到的磁场力可能是 （　　） A.0 B.0.1 N C.0.3 N D.0.4 N 解析　当B与I垂直时,安培力大小为F＝IlB,知安培力的最大值为F最大＝IlB＝4×10－5×10× 500 N＝0.2 N；当B与I平行时,安培力为0,为最小值,则可知安培力的大小范围为：0≤F≤0.2 N,A、B正确,C、D错误。 答案　AB 3.（多选）下图为某种电磁弹射系统的简化示意图，金属弹射杆横架在两根水平放置且足够长的平行金属导轨上。使用时先把开关拨到a侧给储能电容器充电，然后把开关拨到b侧让电容器放电。回路瞬间产生巨大电流，从而产生超强磁场，弹射杆在磁场力的作用下被快速弹出。若忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A.要使图中弹射杆向右弹射，则电源必须上正下负 B.要使图中弹射杆向右弹射，对电源正负极的连接没要求 C.弹射杆将沿轨道做变加速运动 D.若导轨摩擦不计，电容器储存的电能全部转化为弹射杆的机械能 解析　当电源上正下负时，可知充电后电容器上极板带正电，下极板带负电，则电容器放电时，回路电流为顺时针方向，产生垂直纸面向里的磁场，根据左手定则可知，弹射杆受到向右的安培力，使弹射杆向右弹射；当电源上负下正时，可知充电后电容器下极板带正电，上极板带负电，则电容器放电时，回路电流为逆时针方向，产生垂直纸面向外的磁场，根据左手定则可知，弹射杆受到向右的安培力，使弹射杆向右弹射，故要使题图中弹射杆向右弹射，对电源正负极的连接没要求，故A错误，B正确；电容器放电过程，回路电流逐渐减小，弹射杆受到的安培力逐渐减小，弹射杆将沿轨道做变加速运动，故C正确；若导轨摩擦不计，电容器储存的电能一部分转化为导轨和弹射杆的内能，故电容器储存的电能不会全部转化为弹射杆的机械能，故D错误。 答案　BC 4.如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则棒MN所受安培力大小（　　） A.F＝IdB B.F＝IdB sin θ C.F＝ D.F＝IdB cos θ 解析　棒MN在磁场中有效电流的长度l＝，则F＝IlB＝，C正确。 答案　C 5.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I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，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（　　） 　　　　　　 解析　由于I1≫I2，故长管外表面的四根通电平行直导线间的安培力可忽略，只考虑长管内通入电流I1的直导线对长管外四根平行直导线的安培力作用。中心直导线四周产生顺时针方向的环形磁场，结合左手定则可知，通电后左右两根平行直导线靠近固定长直导线，上下两根平行直导线远离固定长直导线，C正确。 答案　C 6.如图所示,在倾角θ＝30°的斜面上固定一平行金属导轨,导轨间距离l＝0.25 m,两导轨间接有滑动变阻器R和电动势E＝12 V、内阻不计的电池。垂直导轨放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab,它与导轨间的动摩擦因数μ＝。整个装置放在垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度B＝ 0.8 T。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在导轨上？（导轨与金属棒的电阻不计,g取10 m/s2） 解析　当滑动变阻器R接入电路的阻值较大时,I较小,安培力F较小,金属棒在重力沿斜面的分力mgsin θ作用下有沿斜面下滑的趋势,导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向上（对金属棒的受力分析如图①所示）。 金属棒刚好不下滑时有lB＋μmgcos θ－mgsin θ＝0, 解得R＝＝4.8 Ω。 当滑动变阻器R接入电路的阻值较小时,I较大,安培力F较大,会使金属棒产生沿斜面上滑的趋势,此时导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向下（如图②所示）。金属棒刚好不上滑时有lB－μmgcos θ－mgsin θ＝0， 解得R'＝＝1.6 Ω。 综上所述,滑动变阻器R接入电路的阻值范围应为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω。 答案　1.6 Ω≤R≤4.8 Ω 7.（多选）实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流,则下列说法中正确的是 （　　） A.在量程内指针转至任一角度,线圈平面都跟磁感线平行 B.线圈转动时,螺旋弹簧被扭动,阻碍线圈转动 C.当线圈在如图乙所示的位置时,b端受到的安培力方向向上 D.当线圈在如图乙所示的位置时,安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析　由于磁场辐向分布,且线圈与铁芯共轴,故线圈平面总是与磁感线平行,A正确。通有电流时,线圈在安培力的作用下转动,从而使螺旋弹簧发生形变,螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力,故B正确。由左手定则知,b端受到的安培力方向向下,a端受到的安培力方向向上,安培力将使线圈沿顺时针方向转动,故C错误,D正确。 答案　ABD 8.图甲为某隐身试验舰，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为M→N，此时加一定方向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则（　　） A.所加磁场的方向应为水平向右 B.所加磁场的方向应为垂直纸面向外 C.所加磁场的方向应为垂直纸面向里 D.互换电源正负极的同时把磁场反向，能实现舰艇减速 解析　海水中电流从M流向N，舰艇向右运动，则舰艇受到海水对舰艇的作用力向右，根据牛顿第三定律可知，海水所受的安培力方向向左，再根据左手定则可知，磁场方向应为垂直纸面向外，故A、C错误，B正确；互换电源正负极的同时把磁场反向，根据左手定则可知，海水所受的安培力方向不变，不能实现舰艇减速，故D错误。 答案　B 9.为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨。电磁推进器用绝缘材料制成海水管道，马鞍形超导线圈在通道内形成磁场，正、负电极与直流电源相连在海水中形成电流。装置的截面图如图所示，关于该电磁推进器说法正确的是（　　） A.同等情况下装置在纯净的淡水湖中推进效果比在海水中好 B.同等情况下增加磁感应强度不能改变推进效果 C.图示中海水受到的磁场力方向垂直纸面向里 D.图示中推进器受到海水推力方向垂直纸面向里 解析　海水导电效果好于淡水，同等条件下电流大的推进效果好，故A错误。磁场力与磁感应强度成正比，增加磁感应强度可以增强推进效果，故B错误。根据左手定则，海水受到的磁场力方向垂直纸面向里，故C正确。根据牛顿第三定律，推进器受到的海水推力方向垂直纸面向外，故D错误。 答案　C 10.作用在导电液体上的安培力能起到推动液体流动的作用，这样的装置称为电磁泵。在核反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵。某电磁泵及尺寸如图所示，矩形截面的水平管道上下表面是导体，管道与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，并有长为l的部分在磁场中。当管道内充满某种导电液体时，由于磁场对导电液体的作用力使液体获得驱动力而不断沿管道向前推进。已知导电液体所受的阻力大小恒为Ff，为使导电液体以恒定速率沿管道流动，则电流的大小和方向应为（　　） A.，垂直管道竖直向下 B.，垂直管道竖直向下 C.，垂直管道竖直向上 D.，垂直管道竖直向上 解析　液体向里运动，则阻力向外，要使液体做匀速运动，安培力应与阻力大小相等、方向相反，故安培力向里，由左手定则可知，电流方向应垂直管道竖直向上。根据平衡条件可知，BIb＝Ff，解得电流大小I＝，故C正确。 答案　C 11.小明在课后用铜丝自制了一个“心”形的线圈，他把一节干电池的正极朝上放在一个强磁铁上，强磁铁的N极朝上，S极朝下。然后把制成的线圈按图示方式放在电池上，顶端搁在电池的正极，下部分和磁铁接触，忽略各接触面上的摩擦力，从上往下看，则（　　） A.线圈不会转 B.线圈顺时针转动 C.线圈逆时针转动 D.转动方向无法判断 解析　“心”形的线圈，左半部分电流由上到下，磁场有方向向左的分量，根据左手定则可知，安培力是垂直纸面向里的；右半部分电流也是由上到下，磁场有方向向右的分量，根据左手定则可知，安培力是垂直纸面向外的，则从上往下看，线圈顺时针转动，B正确。 【一题多解】 答案　B 12.某同学在学习了磁场对电流的作用后产生想法，设计了一个简易的“电磁秤”。如图甲所示，两平行金属导轨CD、EF的间距为L＝0.1 m，与电动势为E0＝9 V且内阻不计的电源、电流表（量程0～3 A）、开关、滑动变阻器R（阻值范围为0～100 Ω）相连，质量为M＝0.05 kg、电阻为R0＝2 Ω的金属棒MN垂直于导轨放置构成闭合回路。回路平面与水平面成θ＝30°角，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，空间施加垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B＝5 T。在秤盘中放入待测物体，闭合开关，调节滑动变阻器，当金属棒MN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时，使金属棒MN静止时电流表读数为I0＝0.1 A。其余电阻及摩擦不计，g＝10 m/s2。 （1）求秤盘的质量m0。 （2）求此“电磁秤”称量物体的最大质量及此时滑动变阻器接入电路的阻值。 （3）为了便于知道秤盘上物体质量m的大小，请在图乙中作出物体质量与电流表读数关系的m­I图像。 解析　（1）对金属棒MN进行受力分析，由平衡条件得T＝Mg sin θ＋BI0L，对秤盘进行受力分析，由平衡条件得T＝m0g，解得m0＝0.03 kg。 （2）当电路中电流最大时，此“电磁秤”称得最大质量，电路中最大电流即为电流表的最大值，即Ig＝，解得R＝1 Ω，对金属棒MN及秤盘有Tmax＝Mg sin θ＋BIgL＝（m0＋mmax）g，解得mmax＝0.145 kg。 （3）电流与所称物体质量的关系式为Mg sin θ＋BIL＝（m0＋m）g，代入数据整理得m＝（0.05I－0.005） kg（0.1 A≤I≤3 A）。m­I图像如图所示。 答案　（1）0.03 kg　（2）0.145 kg　1 Ω　（3）见解析图 学科网（北京）股份有限公司 $$