课时跟踪检测(二) 安培力作用下导体的平衡和运动问题（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

课时跟踪检测(二)　安培力作用下导体的平衡和运动问题 (网阅作业,选择题请在答题区内作答) 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 1.如图,一个可以自由运动的圆形线圈水平放置并通有电流I,电流方向俯视为顺时针方向,一根固定的竖直放置的直导线通有向上的电流I,线圈将 (　　) A.a端向上、b端向下转动,且向左运动 B.a端向上、b端向下转动,且向右运动 C.a端向下、b端向上转动,且向左运动 D.a端向下、b端向上转动,且向右运动 2.如图所示,在水平地面上固定一对与水平面夹角为θ的光滑平行金属导轨,顶端接有电源,直导体棒ab垂直两导轨放置,且与两导轨接触良好,整套装置处于匀强磁场中。下列各选项为沿a→b方向观察的侧视图,其中所加磁场可能使导体棒ab静止在导轨上的是 (　　) 3.如图所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁体连接起来,此时台秤读数为F1。现在磁体上方中心偏左位置固定一通电导线,电流方向垂直纸面向里,此时台秤读数为F2。则下列说法正确的是 (　　) A.F1>F2　　　　　　　 B.F1<F2 C.弹簧长度将变长 D.弹簧长度将不变 4.(2025·陕西西安阶段练习)如图所示,将通电直导线AB用悬线悬挂 在电磁铁的正上方,直导线可自由转动,则接通开关 (　　) A.A端向纸外运动,B端向纸内运动,悬线张力变小 B.A端向纸外运动,B端向纸内运动,悬线张力变大 C.A端向纸内运动,B端向纸外运动,悬线张力变大 D.A端向纸内运动,B端向纸外运动,悬线张力变小 5.(2025·山东枣庄阶段练习)如图所示,导体棒P固定在光滑的水平面内,导体棒Q垂直于导体棒P放置,且导体棒Q可以在水平面内自由移动(正视图如图)。给导体棒P、Q通以如图所示的恒定电流,仅在两导体棒之间的相互作用下,关于导体棒Q的运动情况,下列说法正确的是 (　　) A.导体棒Q逆时针(俯视)转动,同时远离导体棒P B.导体棒Q顺时针(俯视)转动,同时靠近导体棒P C.导体棒Q仅绕其左端顺时针(俯视)转动 D.导体棒Q仅绕其左端逆时针(俯视)转动 6.(2025·河南周口阶段练习)以光滑绝缘水平面为xOy平面建立Oxyz空间坐标系。两条无限长直导线甲、乙通有相等的电流I,初始时甲通过绝缘杆固定在如图位置,电流方向与x轴正方向相同,乙静止放置在xOy平面上与y轴平行。释放后,下列说法中正确的是 (　　) A.直导线乙始终保持静止状态 B.俯视直导线乙将要顺时针转动 C.俯视直导线乙将要逆时针转动 D.直导线乙对水平的压力将变大 7.如图所示,用绝缘细绳竖直悬挂一个匝数为n的矩形线圈,细绳与拉力传感器相连,传感器可以读出细绳上的拉力大小。现将线框的下边MN垂直置于匀强磁场中,MN边长为L。当导线中通以大小为I的电流时,传感器的读数为F1;只将电流反向,传感器的读数变为F2(F2>F1)。重力加速度为g,则下列说法正确的是 (　　) A.减小电流I重复实验,则F1减小、F2增大 B.传感器读数为F2时,MN中电流从M到N C.磁感应强度B= D.金属线框的质量m= 8.(多选)如图所示,一根通电的导体棒放在粗糙斜面上,置于图示方向的匀强磁场中,处于静止状态。现减小电流,导体棒始终静止,则在减小电流过程中,导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是 (　　) A.一直增大 B.先减小后增大 C.先增大后减小 D.始终为零 9.(2025·四川眉山阶段练习)(多选)如图甲所示是电磁炮发射过程的情境图。炮弹的能量是可调控的,未来可用于消防、军事等方面。其主要原理如图乙所示,两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,炮弹可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。可控电源提供强大的电流经导轨流入炮弹再流回电源,炮弹被导轨中电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中,可以简化为炮弹处于磁感应强度为B的匀强磁场中。已知两导轨内侧间距为d,炮弹的质量为m,炮弹在导轨间的电阻为R,若炮弹滑行距离l后获得的发射速度为v。不计空气阻力、导轨电阻、电源内阻,不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势。下列说法正确的是 (　　) A.匀强磁场方向为竖直向下 B.炮弹所受安培力大小为 C.通过炮弹的电流为 D.可控电源的电动势为 10.(8分)如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.4 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内分布着磁感应强度大小为B=0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.5 Ω的直流电源。现把一个质量m=0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止,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R0=2.5 Ω,金属导轨电阻不计,g取10 m/s2,已知sin 37°=0.60,cos 37°=0.80,求: (1)通过导体棒的电流;(2分) (2)导体棒受到的安培力大小;(2分) (3)导体棒受到的摩擦力的大小和方向。(4分) 11.(12分)(2023·海南高考)如图所示,U形金属杆上边长为L=15 cm,质量为m=1×10-3 kg,下端插入导电液体中,导电液体连接电源,金属杆所在空间有垂直纸面向里的大小为B=8×10-2 T的匀强磁场。 (1)若插入导电液体部分深h=2.5 cm,闭合开关,金属杆飞起后,其下端离液面最大高度H=10 cm,设离开导电液体前杆中的电流不变,求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大;(g=10 m/s2)(7分) (2)若金属杆下端刚与导电液体接触,改变电动势的大小,通电后金属杆跳起高度H'=5 cm,通电时间t'=0.002 s,求通过金属杆横截面的电荷量。(5分) 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 课时跟踪检测(二) 1．选A　根据安培定则可知，通电导线在左侧产生的磁场方向垂直纸面向外，在右侧产生的磁场方向垂直纸面向内。先用电流元法，将圆形线圈分成前后两半，根据左手定则可知，前侧半圆受到的安培力向上，后侧半圆受到的安培力向下，圆形线圈将转动。再用特殊位置法，圆形线圈转过90°时，通电直导线对右侧半圆产生吸引力，对左侧半圆产生排斥力，所以圆形线圈向左运动。故A正确，B、C、D错误。 2.选B　导轨光滑，导体棒静止在导轨上，部分受力分析如图所示，所以导体棒一定会受到安培力作用，且方向与重力和支持力的合力方向相反。C、D选项图中磁场方向与电流方向平行，导体棒不受安培力；由左手定则可知，A选项图中安培力方向水平向左，导体棒不可能平衡；B选项图中安培力方向水平向右，导体棒可能平衡，故选B。 3．选A　选通电导线为研究对象，根据左手定则可知，通电导线受到的安培力斜向右下方，根据牛顿第三定律可知，磁体受到的磁场力斜向左上方，则磁体将向左运动，弹簧被压缩，所以长度将变短，故C、D错误；由于磁体受到的磁场力斜向左上方，对台秤的压力减小，则F1>F2，故A正确，B错误。 4．选C　接通开关，根据安培定则可知电磁铁左端为N极，右端为S极，则通电直导线左半部分磁场斜向右上方，右半部分磁场斜向右下方。根据左手定则，通电导线左半部分所受安培力向里，右半部分所受安培力向外，即A端向纸内运动，B端向纸外运动。通电导线旋转90°时，所处位置磁场向右，则安培力向下，则悬线张力变大。故选C。 5．选A　由右手螺旋定则可知，导体棒P在导体棒Q处产生的磁场方向竖直向上，且离导体棒P越远磁场越弱，由左手定则可知，导体棒Q所受的安培力方向垂直纸面向外，且导体棒Q的左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以导体棒Q逆时针(俯视)转动，则导体棒Q的电流方向逐渐转为垂直纸面向里，与导体棒P的电流方向相反，则导体棒P、Q之间存在排斥力，所以导体棒Q远离导体棒P。故选A。 6．选C　沿x轴负方向观察直导线甲，产生的磁场沿逆时针方向，根据左手定则可知，直导线乙在y>0区域受到沿x轴正方向的安培力，在y<0区域受到沿x轴负方向的安培力，俯视时导线乙逆时针转动，转动后直导线乙受到的安培力有向上的分量，对水平面压力变小。故选C。 7．选C　对矩形线圈受力分析，矩形线圈受到重力、拉力和安培力，由于F2>F1，当安培力向下时有F2＝mg＋nIBL，当安培力向上时有F1＝mg－nIBL，联立解得B＝，m＝，减小电流I重复实验，则F1增大、F2减小，故A、D错误，C正确；传感器读数为F2时，矩形线圈受到的安培力向下，根据左手定则可知，MN中电流从N到M，故B错误。 8．选AB　根据左手定则，安培力平行斜面向上。在电流减小的过程中，安培力不断减小，导体棒受重力、支持力、安培力和静摩擦力(可能没有)。如果开始时刻BIL≤mgsin θ，根据平衡条件有f＝mgsin θ－BIL，在电流减小的过程中，安培力不断减小，静摩擦力一直增大。如果开始时刻BIL>mgsin θ，摩擦力沿斜面向下，根据平衡条件有f＝BIL－mgsin θ，在电流减小的过程中，安培力不断减小，静摩擦力不断减小，摩擦力减小到零之后反向增大。故C、D错误，A、B正确。 9．选BC　由题图乙可知，炮弹发射时受到向右的安培力，通过炮弹的电流方向为由外向里，根据左手定则可知，匀强磁场方向为竖直向上，故A错误；根据题意，由公式v2＝2al可得，炮弹发射过程中的加速度大小为a＝，对炮弹受力分析，水平方向上只受安培力，由牛顿第二定律可得，炮弹所受安培力大小为FA＝ma＝，故B正确；根据题意，由安培力公式FA＝BId可得，流过炮弹的电流为I＝＝，故C正确；根据题意，由闭合回路欧姆定律可得E＝IR＝，故D错误。 10．解析：(1)根据闭合电路欧姆定律， 有I＝＝ A＝1.5 A。 (2)导体棒受到的安培力大小为 F安＝ILB＝1.5×0.4×0.5 N＝0.3 N。 (3)对导体棒受力分析如图所示，将重力正交分解得mgsin 37°＝0.24 N<F安 根据平衡条件，有mgsin 37°＋Ff＝F安 代入数据解得Ff＝0.06 N。 摩擦力的方向沿金属导轨平面向下。 答案：(1)1.5 A　(2)0.3 N　(3)0.06 N　方向沿金属导轨平面向下 11．解析：(1)对金属杆，飞起后下端离液面最大高度为H，由运动学公式v2＝2gH 解得v＝＝ m/s 通电过程金属杆受到的安培力大小为FA＝BIL 由动能定理得BILh－mg(H＋h)＝0 解得I＝ A。 (2)对金属杆，由动量定理有(BI′L－mg)t′＝mv′－0 由运动学公式v′2＝2gH′ 通过金属杆横截面的电荷量q＝I′t′ 联立解得q＝0.085 C。 答案：(1) m/s　 A　(2)0.085 C $