训练一 磁场对通电导线的作用力-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测素能提升训练（人教版2019）

素能提升训练 训练一 磁场对通电导线的作用力 1.B 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。 2.AB 当 B与I垂直时，安培力大小为F=IB,知安培力 的最大值为F最大=IB=4×10-?×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。 3.BC 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。 =sing,则F=4.C 棒MN在磁场中有效电流的长度 IB=saB,C正确。 5.C 由于I?>I?,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 I?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。 6.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mgsinθ 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)。 景B+pmgcos 0-mgsinθ=0,金属棒刚好不下滑时有 解得R=mg(sino-os)=4.80。 F F? FF F a(a F 0 mg 0 mg 图① 图② 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 長IB-μngcos 0-mgsinθ=0,棒刚好不上滑时有 R′=mg(sinO+Acoso)=1.62。解得 综上所述，滑动变阻器 R接入电路的阻值范围应为 1.6 Q≤R≤4.8 Ω。 答案 1.6 Q≤R≤4.8 0 7.ABD 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。 8.B 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。 9.C 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。 10.C 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。 I=吾，故根据平衡条件可知，BIb=F?,解得电流大小 C正确。 23 11.B“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】 从上往下看，线圈 顺时针转动 I /B N s 同样的方法可判断， 安培力方向垂直纸 B1 面向外 B方向可分解为与I垂直和平行的两部分， 由左手定则可判断安培力方向垂直纸面向里 12.解析 (1)对金属棒 MN进行受力分析，由平衡条件 得 T=Mgsin 0+BI?L,对秤盘进行受力分析，由平衡 条件得T=mog,解得mo=0.03 kg。 (2)当电路中电流最大时，此“电磁秤”称得最大质量， I=R+R,电路中最大电流即为电流表的最大值，即 解得R=1Ω,对金属棒 MN及秤盘有Tma=Mgsinθ 十BIL=(m?+mmax)g,解得mmax=0.145 kg。 (3)电流与所称物体质量的关系式为Mgsin 0+BIL= (m?+m)g,代入数据整理得m=(0.05I-0.005)kg (0.1 A≤I≤3 A)。m-I 图像如图所示。 m/kg 0 0.1 I/A 答案(1)0.03 kg (2)0.145 kg 10(3)见解析图 训练二 磁场对运动电荷的作用力 1.B 电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中只 有做速度不与磁场平行的运动时才受洛伦兹力作用，故 A错误；安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安 培力的微观表现，故B正确；正电荷所受的电场力一定 沿电场方向，洛伦兹力一定与磁场方向垂直，故C错误； 安培力和电场力都可以做功，洛伦兹力方向与速度方向 垂直，所以不做功，故 D错误。 2.B 由左手定则知，F垂直于 B、v决定的平面，但 B、v 可以成任意角度。 3.A 根据左手定则可知，①是带正电的粒子，A正确；②是 不带电的粒子，B错误；③是带负电的粒子，C、D错误。 4.A 通电螺线管内部的磁场方向与轴线平行，故电子进 入螺线管后不受洛伦兹力，应做匀速直线运动。 5.A 由左手定则知，当电子打在a点时，磁场方向应向 外且为最大，当电子打在b点时磁场方向应向里且磁场 最强，所以 A正确。 6.解析(1)微粒做匀速直线运 、quB 动，所受合力必为零，微粒受重 力 mg,电场力 qE,洛伦兹力 v 45° gE qwB,由此可知，微粒带正电， 受力分析如图所示，故由几何 关系可知 qE=mg,则电场强 度E=。 mg B=l2mg。(2)由于合力为零，则qvB=√2mg,所以1 (2)2mgng答案(1) 正电荷 7.A 电子(带负电)沿y轴正方向运动，形成的电流的方 向沿y轴负方向。根据安培定则，A处的磁场的方向沿 x轴的负方向，所以 A正确。 8.B 质子流的方向是从上而下射向地球表面，地磁场在 北半球水平分量方向从南指向北，根据左手定则，洛伦 兹力的方向向东，所以质子向东偏转，故 B正确，A、C、 D错误。 9.BD 由于 a静止，G=qE,电场力向上，带正电荷，由左 手定则可知，b受洛伦兹力方向向上，G?=qE+qvB; c受洛伦兹力方向向下，G+qvB=qE,由此可知，G> G>G,故 B、D正确。 10.ACD 大量带正电和带负电的微粒进入磁场时，由左 手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正 电荷会聚集到 B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负 电荷聚集到 A板上，故 B板相当于电源的正极，A板 相当于电源的负极，故 A正确；由闭合电路的欧姆定 律可知，两极板间的电动势 E=I(R+r内),故 B错误； quB=q根据 -得E=Bdv,根据闭合电路的欧姆定律 r=i-R=bd?-R,得， ,故 C正确；由电阻定律 R= ps得电阻率p=&(Bdo-R),故D正确。 11.C 当quB=mg时，F?=0,物体做匀速直线运动，图像 如A;当quB<mg时，环与柱体的F≠0,F?≠0,随着 速度的减小，F 增大，故环做加速度增大的减速运动， 直到静止，图像如 B;当quB>mg 时，F≠0,随着速度 的减小F减小，F?减小，物体做加速度减小的减速运 动，当qwB=mg 时，F、F?消失，物体做匀速直线运 动，图像如D。故不可能的是C。 24 训练一 磁场对通电导线的作用力 基础练了现周应周 :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 1,关于通电导线所受安培力F的方向，磁场B 四根平行长直导线。若中心直导线通入电 的方向和电流I的方向之间的关系，下列说 法正确的是 流1，四根平行直导线均通入电流I2,【1≥ ( A.F、B、I三者必须保持相互垂直 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( 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 Q D.I必须垂直F、B,但F、B可以不相互垂直 ② ⑧ ⑧ 8 2.(多选)某地的地磁场的磁感应强度大约是 ⊙ ⊙ 0 4.0×105T,一根长500m的导线，电流为 ⊕ A B 10A,则该导线受到的磁场力可能是( ⑧ ⊕ ⊙ ⊙ A.0 B.0.1N ⊙h C.0.3N D.0.4N 8 3.(多选)右图为某种 导轨 弹射杆 ⊙ 电磁弹射系统的简 C D 化示意图，金属弹 电源 6.如图所示，在倾角0=30°的 射杆横架在两根水 斜面上固定一平行金属导 平放置且足够长的平行金属导轨上。使用 轨，导轨间距离1=0.25m, 时先把开关拨到α侧给储能电容器充电，然 两导轨间接有滑动变阻器R和电动势E 后把开关拨到b侧让电容器放电。回路瞬 12V、内阻不计的电池。垂直导轨放有一 间产生巨大电流，从而产生超强磁场，弹射 根质量m=0.2kg的金属棒ab,它与导轨 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 间的动摩擦因数以尽。整个装置放在垂 (】 A.要使图中弹射杆向右弹射，则电源必须 直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B一 上正下负 0.8T。当调节滑动变阻器R的阻值在什 B.要使图中弹射杆向右弹射，对电源正负 么范围内时，可使金属棒静止在导轨上？ 极的连接没要求 (导轨与金属棒的电阻不计，g取10m/s2) 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 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=IdBsin 0 C.F=IdB D.F=IdBcos 0 sin ◆高中物理·选择性必修第二册（人教版 能力练/贵养提孙 :9.为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用 7.(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式 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 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 道内形成磁场，正、负电极与直流电源相连 的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下 在海水中形成电流。装置的截面图如图所 列说法中正确的是 示，关于该电磁推进器说法正确的是()》 上号鞍形线烟 海水管道 一刻度且 指针 感体 电极⑨ 负电极 线 炒线 磁屏蔽层 下马鞍形线图 甲 A.同等情况下装置在纯净的淡水湖中推进 A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面 效果比在海水中好 都跟磁感线平行 B.同等情况下增加磁感应强度不能改变推 B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈 进效果 转动 C.图示中海水受到的磁场力方向垂直纸面 C.当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到 向里 的安培力方向向上 D.图示中推进器受到海水推力方向垂直纸 D.当线圈在如图乙所示的位置时，安培力 面向里 的作用使线圈沿顺时针方向转动 10.作用在导电液体上的安培力能起到推动液 8.图甲为某隐身试验舰，舰艇下部的大洞使海 体流动的作用，这样的装置称为电磁泵。 水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙 在核反应堆中抽动液态金属或在医疗器械 所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别 中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵。 连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N 某电磁泵及尺寸如图所示，矩形截面的水 间海水内电流方向为M~N,此时加一定方 平管道上下表面是导体，管道与磁感应强 向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力 度为B的匀强磁场垂直，并有长为（的部 作用而被推出，舰艇因此向右前进，则 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 M 获得驱动力而不断沿管道向前推进。已知 海水 右 导电液体所受的阻力大小恒为F,为使导 N 电液体以恒定速率沿管道流动，则电流的 乙 ( A.所加磁场的方向应为水平向右 大小和方向应为 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 2 A.,垂直管道竖直向下 (1)求秤盘的质量me。 (2)求此“电磁秤”称量物体的最大质量及 ，垂直管道竖直向下 B. F 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 C就垂直管道竖直向上 小，请在图乙中作出物体质量与电流表读 D.垂直管道竖直向上 数关系的m-I图像。 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 N,B 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 甲 上，顶端搁在电池的正极，下部分和磁铁接 ↑mkg 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 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=0.1m,与电动势为E。=9V且内阻 不计的电源、电流表（量程0一3A)、开关、 滑动变阻器R(阻值范围为0~1002)相 连，质量为M=0.05kg、电阻为R。=2 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0=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=5T。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I。=0.1A。其余电阻及摩擦不计，g 10m/s2. 3