2024版高中同步新教材選擇性必修第二冊人教物理備課資源01-磁場對通電導線的作用力

2024版高中同步新教材選擇性必修第二冊人教物理備課資源第一章安培力與洛倫茲力1磁場對通電導線的作用力基礎(chǔ)過關(guān)練題組一安培力的方向1.(2023河北滄州期末)電磁炮利用電磁系統(tǒng)中的安培力對金屬炮彈進行加速,使其達到打擊目標所需的巨大動能,如圖甲所示。簡化原理圖如圖乙所示,磁場方向垂直于軌道平面向上,則當彈體中通過如圖乙所示的電流時,炮彈加速度的方向為()A.水平向左B.水平向右C.垂直于紙面向外D.垂直于紙面向里2.(2022廣東肇慶期末)下列情景中,關(guān)于通電導線在磁場中所受安培力的方向判斷正確的是()ABCD題組二直導線安培力大小的計算3.(2023山西運城聯(lián)考)如圖所示,在勻強磁場中水平放置的U形導線框中接有電源,磁場方向豎直向下,磁感應(yīng)強度大小為B,導線框?qū)挒閐,一導體棒與虛線成θ角放置,通過的電流為I,則導體棒所受安培力的大小和方向分別為()A.BId,方向平行于導線框向右B.BIdsinθC.BIdsinθ,方向垂直于導體棒向左D.BIdcosθ4.【多選題】(2023河北邯鄲期末)如圖所示的四幅圖中,導體棒的長度均為L,磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B,在各導體棒中通有大小相同的電流I。下列選項正確的是()A.圖甲中導體棒所受的安培力大小為0B.圖乙中導體棒所受的安培力大小為0C.圖丙中導體棒所受的安培力大小為32D.圖丁中導體棒所受的安培力大小為225.(2022重慶一模)在勻強磁場中,一段長為0.6m的直導線通有1A的電流,該段通電導線在磁場中所受安培力大小為F,電流方向與磁場方向夾角為θ,F與θ的函數(shù)關(guān)系圖像如圖所示,則磁場的磁感應(yīng)強度大小為()A.0B.0.02TC.0.04TD.0.06T題組三導體的有效長度問題6.(2022河北九師聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,固定的“W”形導線有部分在磁場中,O1A、O2C與磁場邊界MN垂直,ACDE為等腰梯形,下底AC長為L,上底ED長為0.6L,AE中點P和CD的中點Q在磁場的邊界上,導線平面與磁場垂直,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,給導線通入大小為I的恒定電流,則導線受到的安培力大小為()A.0.2BILB.0.4BILC.0.6BILD.0.8BIL7.【經(jīng)典題】(2023河北邯鄲大名第一中學階段測試)如圖所示,材料相同、粗細均勻的金屬絲構(gòu)成的正方形線框ABCD固定在垂直于紙面向里的勻強磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強度方向垂直,A、B兩點連接在直流電源兩端,已知AB邊受到的安培力大小為F,則整個線框受到的安培力的合力大小為()A.43FB.4C.23FD.28.(2021廣東深圳中學期末)如圖所示,紙面內(nèi)A、B兩點之間連接有四段導線:ACB、ADB、AEB、AFB,四段導線的粗細相同、材料相同;勻強磁場垂直于紙面向里?，F(xiàn)給A、B兩端加上恒定電壓,則下列說法正確的是()A.四段導線受到的安培力的方向不同B.四段導線受到的安培力的大小相等C.ADB段受到的安培力最大D.AEB段受到的安培力最小題組四磁電式電流表9.(2023福建三明一中階段測試)如圖甲為磁電式電流表的結(jié)構(gòu),圖乙為極靴和鐵質(zhì)圓柱間的磁場分布,線圈a、b兩邊通以圖示方向電流,線圈兩邊所在處的磁感應(yīng)強度大小相等。則下列選項正確的是()A.該磁場為勻強磁場B.線圈將逆時針轉(zhuǎn)動C.線圈平面總與磁場方向垂直D.圖示位置線圈a邊所受安培力向上

能力提升練題組一安培力作用下導體運動方向的判斷1.【經(jīng)典題】(2023江蘇南通統(tǒng)考)直導線a、b相互垂直,a可以自由移動和轉(zhuǎn)動,b固定。當a、b通有如圖所示的電流后,從上往下看,a的運動情況是()A.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降B.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升C.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降D.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升2.(2023重慶巴蜀中學期末)如圖所示,把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛起來,其附近有一條形磁鐵,該磁鐵的軸線穿過導線圈的圓心,且與線圈平面垂直,現(xiàn)保持條形磁鐵不動,而在線圈中通以如圖所示的電流,則()A.線圈保持不動B.線圈向左偏轉(zhuǎn)且有向外擴張的趨勢C.線圈向左偏轉(zhuǎn)且有向內(nèi)收縮的趨勢D.線圈向右偏轉(zhuǎn)且有向內(nèi)收縮的趨勢3.【經(jīng)典題】(2023吉林白城期末)如圖所示為某新型電磁船的實物圖和俯視圖,MM'、NN'為固定在船底的平行金屬板,海水可以在它們之間貫穿而過。船上裝有產(chǎn)生強磁場的裝置,可在兩平行金屬板間海水中的虛線框內(nèi)產(chǎn)生強磁場。直流電源接在M、N間,導電的海水在磁場作用下即可推動該船運動。閉合開關(guān)S后,要使船前進,虛線框中的磁場方向應(yīng)該是()A.豎直向上B.豎直向下C.水平向左D.水平向右題組二安培力的矢量性4.(2023河北邢臺期末)如圖所示,三根長直通電導線中的電流大小相同,通過b、d處導線的電流方向垂直于紙面向里,通過c處導線的電流方向垂直于紙面向外,a點為b、d兩點連線的中點,ac垂直于bd,且ab=ad=ac,則c處導線受到的安培力方向()A.由a指向cB.由c指向aC.由a指向bD.由a指向d5.(2021河南洛陽期末)如圖所示,由粗細均勻的金屬導線圍成的一個邊長為L的正方形線框abcd,線框的四個頂點均位于一個圓形區(qū)域的邊界上,ac為圓形區(qū)域的一條直徑,ac上方和下方分別存在大小均為B且方向相反的勻強磁場?，F(xiàn)給線框接入從a點流入、d點流出的大小為I的恒定電流,則金屬線框受到的安培力F的大小為()A.22BLIB.BLIC.2BLI6.【經(jīng)典題】(2023福建三明一中階段測試)如圖甲所示為安裝在某特高壓輸電線路上的一個六分導線間隔棒,圖乙為其截面圖。間隔棒將6條輸電導線分別固定在一個正六邊形的頂點a、b、c、d、e、f上,O為正六邊形的中心。已知通電導線在周圍形成磁場的磁感應(yīng)強度與電流大小成正比,與到導線的距離成反比,某瞬時,6條輸電導線中通過垂直于紙面向外、大小相等的電流,其中a處導線中的電流對b處導線中電流的安培力大小為F,該時刻()A.O點的磁感應(yīng)強度方向垂直于cf向下B.b、c、d、e、f處5根導線在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向沿aO,由a指向OC.c處導線所受安培力方向沿Oc,由O指向cD.a處導線所受安培力大小為2.5F題組三安培力作用下導體的靜態(tài)平衡問題7.(2023山東煙臺期末)傾角為θ=37°的固定斜面上水平放置一根質(zhì)量為m=0.1kg、長度L=1m的通電金屬桿,金屬桿中電流I方向如圖所示,金屬桿處在磁感應(yīng)強度大小為B=0.5T、方向垂直于斜面向下的勻強磁場中,已知金屬桿與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,要使金屬桿與斜面保持相對靜止,則金屬桿中電流I的大小可能為()A.0.3AB.0.8AC.2.5AD.3.2A8.【經(jīng)典題】(2023山西太原統(tǒng)考)如圖,長度為L、電阻為R、質(zhì)量為m的均勻?qū)Ь€彎折成一閉合正三角形線框abc,并用一絕緣細線掛在力傳感器下方,用此裝置可以測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度B。測量時,將abc完全置于勻強磁場中,同時讓其平面與磁場方向垂直。將a、b接到電源兩端,同時調(diào)節(jié)電源的電壓,發(fā)現(xiàn)力傳感器示數(shù)為0時,ab兩端的電壓為U,重力加速度為g。由此可以判定()A.a接高電勢時B=3mgR2B.a接高電勢時B=2mgR3C.b接高電勢時B=3mgR2D.b接高電勢時B=mgR2UL題組四安培力作用下導體的動態(tài)平衡問題9.(2022四川遂寧模擬預測)如圖所示,豎直平面內(nèi)有三根輕質(zhì)細繩,繩1水平,繩2與水平方向成60°角,O為結(jié)點,繩3的下端拴接一質(zhì)量為m、長度為l的導體棒,棒垂直于紙面靜止,整個空間存在豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場?，F(xiàn)向?qū)w棒通入方向向里、大小由零緩慢增大到I0的電流,可觀察到導體棒緩慢上升到繩3與繩1所處的水平面成30°角時保持靜止。已知重力加速度為g。在此過程中,下列說法正確的是()A.繩1受到的拉力先增大后減小B.繩2受到的拉力先增大后減小C.繩3受到的拉力最大值為3mgD.導體棒中電流I0的值為310.(2022四川成都石室中學階段檢測)如圖所示,兩根光滑導軌平行放置,導軌所在平面與水平面間的夾角為θ,一質(zhì)量為m、長為L的導體棒ab垂直于導軌放置,整個裝置處于垂直于斜面向上的勻強磁場中。當導體棒ab中通有方向從a到b的恒定電流I時,磁場的方向由垂直于斜面向上沿逆時針轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,導體棒始終靜止,則磁感應(yīng)強度的大小(重力加速度為g)()A.先增大后減小B.先減小后增大C.可能為mgsinθ題組五安培力作用下牛頓第二定律、動能定理的應(yīng)用11.【多選題】(2022河南頂尖名校聯(lián)考)光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分,O點為圓弧的圓心。兩金屬軌道之間的寬度為0.5m,勻強磁場方向如圖,磁感應(yīng)強度大小為0.5T。質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細桿置于金屬軌道上的M處。當在金屬細桿內(nèi)通以大小為2A、方向向里的恒定電流時,金屬細桿可以由靜止開始向右運動。已知N、P為軌道上的兩點,ON豎直,OP水平,且MN=OP=1m,重力加速度g取10m/s2,則下列說法正確的是()A.金屬細桿運動到圓弧軌道時受到重力、支持力、安培力B.金屬細桿運動到P處時的速度大小為5m/sC.金屬細桿運動到P處時安培力的瞬時功率為0D.金屬細桿運動到P處時對每一條軌道的作用力大小為1.5N12.一質(zhì)量m=0.05kg的金屬條放在相距d=0.02m的兩金屬軌道上,如圖所示。現(xiàn)讓金屬條以v0=5m/s的初速度從AA'進入水平軌道,再由CC'進入半徑r=0.05m的豎直圓軌道,完成圓周運動后,再回到水平軌道上,除圓軌道光滑外,其余部分軌道均粗糙,運動過程中金屬條始終與軌道垂直。已知由外電路控制,流過金屬條的電流大小始終為I=5A,方向如圖所示,整個軌道處于水平向右的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B=1T,A、C之間的距離L=0.2m,金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運動。(重力加速度g取10m/s2)(1)求金屬條到達豎直圓軌道最高點時的速度;(2)求金屬條與水平粗糙軌道間的動摩擦因數(shù);(3)若將CC'右側(cè)的金屬軌道在DD'處向上垂直彎曲,已知CC'與DD'相距0.06m,金屬條在彎曲處無能量損失,試求金屬條能上升的最大高度。

答案與分層梯度式解析第一章安培力與洛倫茲力1磁場對通電導線的作用力基礎(chǔ)過關(guān)練1.A2.B3.D4.AD5.C6.A7.A8.C9.B1.A根據(jù)左手定則,炮彈受到水平向左的安培力,故炮彈所受合外力水平向左,則炮彈加速度的方向水平向左,故選A。2.B由左手定則可知,A中通電導線受到的安培力豎直向上;B中通電導線受到的安培力斜向右上方且與磁場垂直;C中通電導線受到的安培力水平向右;D中導體棒受到的安培力水平向右。故選B。方法技巧判斷安培力方向要四定一定:定磁場的方向?？筛鶕?jù)實際情況利用安培定則判斷。二定:定電流方向。三定:定磁場方向與電流方向的關(guān)系,是垂直、平行,還是有夾角θ(0°<θ<90°)。當磁場方向與電流方向平行時導線不受安培力作用。四定:定左手。伸左手時,使磁感線垂直進入掌心,四指指向電流方向,大拇指指向就是安培力方向。3.D導體棒中電流方向與磁場方向垂直,導體棒受到的安培力大小為F=BIL=BIdcosθ,由左手定則可知4.AD圖甲中,導體棒與磁場平行,所以導體棒所受安培力為零,A正確;圖乙中,導體棒與磁場垂直,導體棒所受安培力的大小為F2=BIL,B錯誤;圖丙中,導體棒與磁場垂直,導體棒所受安培力的大小為F3=BIL,C錯誤;圖丁中,導體棒與磁場成45°角,導體棒所受安培力的大小為F4=BILsin45°=22BIL,5.C當電流方向與磁場方向垂直時,導線所受安培力大小為F=BIL,由題圖知,當θ=π2rad時安培力為F=0.024N,由題意可知,電流大小為I=1A,導線長為L=0.6m,可知磁感應(yīng)強度大小為B=FIL=0.04T6.A設(shè)等腰梯形的底角為θ,導線在磁場中的有效長度為L有效=xAPcosθ+xQCcosθ=0.2L,則導線受到的安培力大小為F=BIL有效=0.2BIL,選項A正確。7.AADCB邊與AB邊并聯(lián)接在電路中,電阻之比為3∶1,所以通過的電流之比是1∶3,且ADCB邊在磁場中的有效長度等于AB邊長度,因為AB邊受到的安培力大小為F,即F=B·34ILAB,所以ADCB邊受到的安培力大小為F'=B·14ILAB=13F,由左手定則知兩力方向相同,則整個線框受到的安培力的合力大小為F安=F+F'=4方法技巧本題可將導線框等效成一段直導線,其長度等于正方形的邊長LAB,通過的電流為I,則F安=BILAB,由題目條件知F=B·34ILAB,聯(lián)立得F安=438.C由題意可知,這四段導線的有效長度相同,均等于AB的長度;四段導線的粗細相同、材料相同,ADB段最短,所以ADB段電阻最小,AEB段的電阻小于AFB段電阻;給A、B兩端加上恒定電壓,這四段導線并聯(lián),所以ADB段中電流最大,AEB段中電流大于AFB段中電流。由安培力公式F=BIL可知,ADB段受到的安培力最大,AEB段受到的安培力大于AFB段受到的安培力。由左手定則可知,這四段導線受到的安培力的方向相同。故選C。9.B根據(jù)磁感線分布可知,該磁場不是勻強磁場,A錯誤;根據(jù)左手定則,圖示位置線圈a邊所受安培力向下,線圈b邊所受安培力向上,則線圈將逆時針轉(zhuǎn)動,B正確,D錯誤;根據(jù)磁感線分布可知,線圈平面總與磁場方向平行,C錯誤。故選B。易混易錯磁電式電流表內(nèi)磁場的磁感線輻向分布,磁感線不平行,可知磁場不是勻強磁場。能力提升練1.A2.B3.A4.A5.A6.D7.B8.B9.D10.C11.AC1.A由安培定則可知,直導線b在周圍產(chǎn)生的磁場方向如圖所示。選取兩個特殊位置進行分析,初始位置,由左手定則可知,導線a左側(cè)所受安培力方向垂直于紙面向外,右側(cè)所受安培力方向垂直于紙面向里,從上往下看導線a逆時針方向轉(zhuǎn)動;轉(zhuǎn)過90°時,導線a中的電流方向垂直于紙面向里,此時導線a所受安培力向下,即導線a逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降。故選A。2.B根據(jù)條形磁鐵周圍的磁場特點分析線圈最高點和最低點處的磁場,將磁場沿水平向右和豎直方向分解,結(jié)合左手定則,豎直方向的磁場對線圈有向左的安培力,水平向右的磁場對線圈的安培力使線圈擴張,因此線圈向左偏轉(zhuǎn)且有向外擴張的趨勢。故選B。方法技巧如圖,把環(huán)形電流等效為條形磁鐵,可見兩條形磁鐵N、S極相互吸引,則線圈靠近磁鐵。3.A要使船前進,船受到海水的作用力應(yīng)向左,根據(jù)力的作用是相互的,海水受到向右的安培力,根據(jù)左手定則,虛線框中的磁場方向應(yīng)豎直向上。故選A。4.A根據(jù)安培定則,b處導線在c點產(chǎn)生的磁場方向斜向左下方,d處導線在c點產(chǎn)生的磁場方向斜向左上方,如圖所示。根據(jù)左手定則,c處導線受到b處導線產(chǎn)生的磁場的作用力沿著b、c連線斜向右下方,受到d處導線產(chǎn)生的磁場的作用力沿d、c連線斜向左下方,合力豎直向下,A正確,B、C、D錯誤。故選A。5.A由電阻定律可知,abcd支路與ad支路的電阻之比為3∶1,兩部分電路并聯(lián),總電流為I,由并聯(lián)電路的特點可知,流過abcd支路的電流為14I,流過ad支路的電流為34I,ab、bc、cd邊受到的安培力大小都是14BIL,ad邊受到的安培力大小為34BIL。由左手定則可知,ad邊受到的安培力方向豎直向上,ab邊受到的安培力方向水平向右,bc邊受到的安培力方向豎直向下,cd邊受到的安培力方向水平向右,ab與cd邊所受安培力的合力大小為12BIL,方向水平向右,bc與ad邊所受安培力的合力大小為12BIL,方向豎直向上,則線框所受安培力F=6.D思路點撥可畫圖確定b、c、d、e、f處5根導線在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向,進而得出其大小。注意通電導線在周圍形成磁場的磁感應(yīng)強度與到導線的距離成反比這一關(guān)鍵條件,理清圖中的幾何關(guān)系。根據(jù)安培定則,a、d處兩條導線在O點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向,b、e處兩條導線在O點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向,c、f處兩條導線在O點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向,所以O(shè)點的磁感應(yīng)強度為零,A錯誤;根據(jù)安培定則,b、c、d、e、f處5根導線在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向如圖所示,設(shè)b處導線在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,則f處導線在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,c、e處導線在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為33B,d處導線在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B2,根據(jù)磁感應(yīng)強度的疊加可知,b、c、d、e、f處5根導線在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向垂直于aO斜向左下方,合磁感應(yīng)強度大小為2.5B,根據(jù)左手定則和安培力公式可知,a處導線所受安培力方向沿aO,由a指向O,大小為2.5F,B錯誤,D正確;同理可得c處導線所受安培力方向沿Oc,由c指向O方法技巧本題可依據(jù)“同向電流相互吸引”這一結(jié)論,判斷某導線所受安培力的合力方向。7.B根據(jù)左手定則,金屬桿所受安培力沿斜面向上。若要使金屬桿恰不上滑,則BLImax=mgsinθ+μmgcosθ,解得Imax=2A;若要使金屬桿恰不下滑,則BLImin+μmgcosθ=mgsinθ,解得Imin=0.4A。因此,要使金屬桿與斜面保持相對靜止,金屬桿中電流范圍為0.4A≤I≤2A,故選B。方法技巧求解安培力作用下物體靜態(tài)平衡問題的步驟8.Bab兩端的電壓為U,通過ab的電流I1=3UR,通過acb的電流I2=3U2R。力傳感器示數(shù)為0,則三角形線框abc所受安培力豎直向上,且有mg=BI1·L3+BI2·L3=3BUL2R,解得B=2mgR39.D對整體分析,重力大小和方向不變,繩1、2彈力方向不變,根據(jù)左手定則,安培力水平向右逐漸增大,由平衡條件得,水平方向F1=F2cos60°+BIl;豎直方向F2sin60°=mg,電流逐漸變大,則F1增大、F2不變,故A、B錯誤。當電流增大到I0時,安培力與重力的合力最大,即繩3的拉力最大,sin30°=mgF3,繩3拉力的最大值為F3=2mg,故C錯誤。對導體棒受力分析得tan30°=mgBI0l,解得方法技巧處理動態(tài)平衡問題常用的方法圖解法對研究對象的任一狀態(tài)進行受力分析,根據(jù)平行四邊形定則或三角形定則畫出不同狀態(tài)下的力的矢量圖,然后根據(jù)有向線段的長度變化判斷各個力的變化情況解析法適用于求解矢量直角三角形或正交分解類問題,列出三角函數(shù)表達式,然后利用表達式分析力的變化情況相似三角形法適用于求解一般形狀矢量三角形問題,做法是在受力分析的基礎(chǔ)上作出力的矢量三角形,由力的三角形與幾何三角形相似,求解問題10.C解題關(guān)鍵(1)解本題的關(guān)鍵是根據(jù)磁場的變化特點,畫出導體棒的受力分析圖,根據(jù)力的平行四邊形邊長的變化分析力的大小變化。(2)利用平衡條件求出安培力的極值,進而判斷磁感應(yīng)強度的范圍。根據(jù)左手定則,可以判斷出初始狀態(tài)下導體棒受到沿斜面向上的安培力FA,受力分析可知導體棒受到重力mg、支持力FN和安培力FA,三力平衡,從圖中可以看出,在磁場方向變化的過程中,安培力FA逐漸逆時針轉(zhuǎn)動,且FA逐漸變大,由于FA=BIL,其中電流I和導體棒的長度L均不變,故磁感應(yīng)強度逐漸變大,故A、B錯誤;當磁場方向垂直于斜面向上時,根據(jù)左手定則可知,安培力FA方向沿斜面向上,此時安培力最小,最小值FAmin=mgsinθ,則Bmin=mgsinθIL,當磁場方向水平向左時,安培力方向豎直向上,此時安培力最大,最大值FAmax=mg,則Bmax=mgIL<mg11.AC金屬細桿運動到圓弧軌道時受到重力、支持力、安培力,選項A正確;設(shè)金屬細桿運動到P處時的速度大小為v,從M到P過程,由動能定理得-mgR+BIL(MN+OP)=12mv2,解得v=25m/s,選項B錯誤;金屬細桿運動到P處時,安培力的方向為水平向右,速度方向為豎直向上,安培力方向與速度方向垂直,故此時安培力的瞬時功率為0,選項C正確;在P處,設(shè)每一條軌道對細桿的作用力大小為N,由牛頓第二定律得2N-BIL=mv2R,代入數(shù)據(jù)解得N=0.75N,由牛頓第三定律得細桿運動到P處時對每一條軌道的作用力大小為N'=N=0.12.答案(1)155m/s(2)512(3)0解析(1)由于金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運動,可知在最高點時金屬條對軌道的壓力為零。根據(jù)牛頓第二定律得BId+mg=mv代入數(shù)據(jù)解得v=155(2)對金屬條從開始運動至到達圓軌道最高點的過程,根據(jù)動能定理得-(BId+mg)·2r-μ(BId+mg)L=12mv2-12代入數(shù)據(jù)解得μ=5(3)對金屬條從開始運動至到達最高點的過程,根據(jù)動能定理得-μ(BId+mg)(L+LCD)-(BId+mg)hm=0-12m代入數(shù)據(jù)解得hm=0.1m第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運動電荷的作用力基礎(chǔ)過關(guān)練題組一洛倫茲力的方向1.【經(jīng)典題】(2021遼寧葫蘆島協(xié)作體聯(lián)考)帶電粒子進入磁場時速度的方向和磁感應(yīng)強度的方向如圖所示,則粒子在磁場中受到的洛倫茲力垂直紙面向里的是()ABCD2.(2022廣東廣州六中期末)太陽風(含有大量高能質(zhì)子與電子)射向地球時,地磁場改變了其中帶電粒子的運動方向,從而使很多粒子到達不了地面。另一小部分粒子則可能會在兩極匯聚,從而形成炫麗的極光。如圖所示,質(zhì)子運動到P處時受到的洛倫茲力方向()A.向北B.向南C.向東D.向西3.(2023重慶巴蜀中學階段測試)如圖所示,有四根長直導線a、b、c、d垂直于紙面放置,它們位于正方形的四個頂點上,其中a、b、d中的電流方向垂直于紙面向里,c中的電流方向垂直于紙面向外,且四根導線中的電流大小相同。現(xiàn)有一帶負電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向里運動,它所受洛倫茲力的方向是()A.向上B.向下C.向左D.向右4.【經(jīng)典題】(2023重慶外國語學校期末)如圖所示,在正方體的四條沿y軸方向的棱上,分別固定四根通有等大電流I0的等長導線。正方體的中心P處有不斷沿各個方向噴射帶正電粒子的粒子源,關(guān)于粒子剛被噴出時所受到的洛倫茲力的方向,下列說法中正確的是()A.初速度方向沿x軸正方向,其所受的洛倫茲力方向沿z軸正方向B.初速度方向沿x軸正方向,其所受的洛倫茲力方向沿y軸正方向C.初速度方向沿y軸正方向,其所受的洛倫茲力方向沿z軸負方向D.初速度方向沿y軸正方向,其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向題組二安培力、電場力、洛倫茲力的比較5.(2023廣東廣州從化中學期末)下列說法正確的是()A.安培力和電場力的方向均可用左手定則判斷B.電荷所受電場力一定與該處電場方向在同一直線上,電荷所受的洛倫茲力一定與磁場方向垂直C.電荷在電場中一定受電場力作用,電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用D.安培力和洛倫茲力本質(zhì)上都是磁場對運動電荷的作用,安培力可以對通電導線做功,洛倫茲力對運動電荷也做功6.【多選題】(2021浙江溫州新力量聯(lián)盟期末)根據(jù)所學知識判斷圖中正確的是()7.【經(jīng)典題】【多選題】(2023吉林長春外國語學校期末)如圖所示,一段長為L的導體水平放置,若導體單位體積內(nèi)有n個自由電子,電子的電荷量為e,定向移動平均速率為v,導體橫截面積為S。下面說法正確的是()A.導體中電流為I=neSvLB.導體中自由電子個數(shù)為N=nSLC.導體放置在垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強度為B的磁場中,導體所受安培力F安=BneSvLD.導體放置在垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強度為B的磁場中,導體中每個電子所受洛倫茲力F洛=evB題組三電子束的偏轉(zhuǎn)8.(2023廣東清遠期末)如圖所示,電子槍射出的電子束進入示波管,在示波管正下方有豎直放置的通電環(huán)形導線,則示波管中的電子束將()A.向下偏轉(zhuǎn)B.向上偏轉(zhuǎn)C.向紙外偏轉(zhuǎn)D.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)9.(2023安徽滁州定遠中學階段測試)如圖為電視機顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖,線圈中心O處的黑點表示電子槍射出的電子束,方向垂直紙面向外。當偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向如圖所示時,電子束將()A.向左偏轉(zhuǎn)B.向上偏轉(zhuǎn)C.向下偏轉(zhuǎn)D.不偏轉(zhuǎn)10.【經(jīng)典題】如圖所示為顯像管的原理示意圖,當沒有磁場時電子束將打在熒光屏正中央的O點。安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場,使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。設(shè)垂直紙面向里的磁場方向為正方向,如果要使電子束打在熒光屏上的位置由a點逐漸移動到b點,圖中哪種變化的磁場能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)()能力提升練題組一洛倫茲力的大小和方向1.(2021北京一零一中學月考)兩個帶電粒子以相同的速度沿垂直磁感線的方向進入同一勻強磁場,兩粒子質(zhì)量之比為1∶4,電荷量之比為1∶2,則兩帶電粒子所受洛倫茲力之比為()A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶42.【多選題】(2022福建南靖二中階段練習)在如圖所示的各圖中,勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B,帶電粒子的速率均為v、電荷量均為q,則下列各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小表達正確的是()A.圖(1)中洛倫茲力大小為qvBsin30°B.圖(2)中洛倫茲力大小為qvBsin30°C.圖(3)中洛倫茲力大小為0D.圖(4)中洛倫茲力大小為qvB3.(2022陜西寶雞月考)如圖所示,三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3垂直紙面放置,直導線與紙面的交點及坐標原點O分別位于邊長為a的正方形的四個頂點。L1與L3中的電流均為2I,方向均垂直紙面向里,L2中的電流為I,方向垂直紙面向外。已知在電流為I的長直導線的磁場中,距導線r處的磁感應(yīng)強度B=kIr,其中k為常數(shù)。某時刻有一電子正好經(jīng)過原點O且速度方向垂直紙面向外,速度大小為v,電子電荷量為e,則該電子所受洛倫茲力()A.方向與y軸正方向成45°角,大小為3B.方向與y軸負方向成45°角,大小為5C.方向與y軸正方向成45°角,大小為5D.方向與y軸負方向成45°角,大小為3題組二帶電體在洛倫茲力作用下的運動4.(2023北京人大附中期末)在如圖所示的空間中,存在勻強電場,同時存在沿x軸負方向的勻強磁場。一電子在該空間恰沿y軸正方向以速度v勻速運動。據(jù)此可以判斷出()A.電場沿z軸負方向,運動過程中電子的電勢能不變B.電場沿z軸正方向,運動過程中電子的電勢能增大C.電場沿x軸正方向,運動過程中電子的電勢能不變D.電場沿x軸正方向,運動過程中電子的電勢能增大5.【經(jīng)典題】【多選題】(2023廣東廣州華南師大附中期末)如圖所示,質(zhì)量為m的帶電絕緣小球(可視為質(zhì)點)用長為l的絕緣細線懸掛于O點,在懸點O下方有勻強磁場?，F(xiàn)把小球拉離平衡位置后從A點由靜止釋放,則下列說法中正確的是()A.小球從A至C和從D至C到達C點時,速度大小相等B.小球從A至C和從D至C到達C點時,細線的拉力大小相等C.小球從A至C和從D至C到達C點時,加速度相同D.小球從A至C和從D至C過程中,運動快慢一樣6.【多選題】(2023廣東江門物理競賽)如圖所示,一根長直導線經(jīng)小孔O豎直穿過粗糙的絕緣水平面,導線中通有方向向下的恒定電流I,a、b兩點連線的延長線過O點。一帶正電小物塊P在a點時的速度為v0,方向沿直線ab,關(guān)于小物塊的運動下列說法正確的是()A.小物塊開始做曲線運動B.小物塊開始做直線運動C.小物塊所受的支持力開始增大D.小物塊所受的摩擦力開始變小7.(2023山東菏澤階段測試)如圖所示,一根足夠長的光滑絕緣桿MN,與水平面的夾角為37°,固定在豎直平面內(nèi),磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場充滿桿所在的空間,桿與磁場方向垂直。質(zhì)量為m的帶電小環(huán)沿桿下滑到圖中的P處時,對桿有垂直桿向下的壓力作用,壓力大小為0.4mg。已知小環(huán)的電荷量為q,重力加速度大小為g,sin37°=0.6。則小環(huán)滑到P處時的速度大小vP為()A.mg5qBB.2mg58.【經(jīng)典題】【多選題】(2023福建福州期末)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊,從傾角為θ的絕緣斜面上由靜止下滑,物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ,整個斜面置于方向垂直紙面向里的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B,如圖所示。重力加速度大小為g。若帶電小物塊下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零,下列說法中正確的是()A.小物塊一定帶負電荷B.小物塊在斜面上運動時做勻加速直線運動,且加速度大小為gsinθ-μgcosθC.小物塊在斜面上運動時做加速度增大、速度也增大的變加速直線運動D.小物塊在斜面上下滑過程中,小物塊對斜面壓力為零時的速率為mg題組三電磁技術(shù)的應(yīng)用(速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾元件)9.(2023北京一零一中學期末)如圖所示為一速度選擇器,內(nèi)有一磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場,一束粒子流以速度v水平射入,為使粒子流經(jīng)過磁場時不偏轉(zhuǎn)(不計重力),則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時存在一個勻強電場,關(guān)于這個電場場強大小和方向的說法中,正確的是()A.大小為Bv,粒子帶正電時,B.大小為Bv,粒子帶負電時,C.大小為Bv,方向向下,與粒子帶何種電荷無關(guān)D.大小為Bv,方向向上,與粒子帶何種電荷無關(guān)10.【經(jīng)典題】(2022遼寧丹東期末)一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖所示。平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場,將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量帶正、負電的粒子)噴入磁場,A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和負載連接,A、B就是一個直流電源的兩個電極。若A、B兩板相距為d,板間的磁場按勻強磁場處理,磁感應(yīng)強度為B,等離子體以速度v沿垂直于磁場的方向射入磁場,等效內(nèi)阻為r,負載電阻為R。下列說法正確的是()A.A板帶正電,B板帶負電B.磁流體發(fā)電機的電動勢是BvC.磁流體發(fā)電機的總功率為BD.磁流體發(fā)電機的輸出功率為B11.【多選題】(2022陜西寶雞期末)如圖所示,圖甲為常用的一種電磁流量計,其原理可以簡化為圖乙模型。某次實驗時,液體內(nèi)含有大量正、負離子,從直徑為d的圓柱形容器右側(cè)以速度v流入,從左側(cè)流出。空間有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場。流量值Q等于單位時間內(nèi)通過容器橫截面的液體的體積,M、N間電勢差為U。實驗穩(wěn)定后,下列說法正確的是()A.測得M、N間電勢差U=BvdB.測得M、N間電勢差U=-BvdC.測得液體流量Q=BdD.測得液體流量Q=π12.【經(jīng)典題】【多選題】(2023湖南長沙階段測試)如圖所示,在一個很小的矩形半導體薄片上(導電粒子是自由電子),制作四個電極E、F、M、N,它就成了一個霍爾元件。在E、F間通入恒定的電流I,同時外加與薄片垂直的磁感應(yīng)強度為B的磁場,則薄片中的電荷就在洛倫茲力的作用下,沿著與電流和磁場都垂直的方向移動,使M、N間出現(xiàn)了電壓,稱為霍爾電壓UH。當磁場方向和電流方向如圖所示時,關(guān)于霍爾電壓,下列說法正確的是()A.將磁場方向和電流方向同時反向,電極N的電勢低于電極M的電勢B.將磁場方向變?yōu)榕c薄片的上下表面平行,UH不變C.電流和磁場方向如圖所示時,電極N的電勢高于電極M的電勢D.在電流和磁場一定時,薄片的厚度越大,則UH越小

答案與分層梯度式解析第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運動電荷的作用力基礎(chǔ)過關(guān)練1.C2.C3.B4.D5.B6.BD7.BCD8.A9.C10.AC根據(jù)左手定則可知,A、B選項中粒子所受洛倫茲力方向豎直向上,C選項中粒子所受洛倫茲力方向垂直紙面向里,D選項中粒子所受洛倫茲力方向垂直紙面向外。故選C。方法技巧確定洛倫茲力方向的一般思路(1)明確磁場的方向及分布;(2)明確粒子的電性以及運動方向;(3)應(yīng)用左手定則確定洛倫茲力的方向。2.C根據(jù)左手定則,結(jié)合題圖可知此時該質(zhì)子受到的洛倫茲力方向向東,選項C正確。3.B根據(jù)安培定則,a、c兩導線在O點產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向均向左,b導線在O點產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向向上,d導線在O點產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度方向向下。由于四根導線中的電流大小相同,則b、d導線在O點產(chǎn)生的磁場互相抵消,所以O(shè)點處的磁感應(yīng)強度方向向左。根據(jù)左手定則,帶負電的粒子所受洛倫茲力方向向下。故選B。4.D解題關(guān)鍵沿y軸負方向看,畫出側(cè)視圖,將立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖。根據(jù)圖中四根長導線中電流的方向,結(jié)合安培定則可知,四根長導線中的電流在P處產(chǎn)生的合磁場方向沿z軸正方向。帶正電粒子初速度方向沿x軸正方向時,根據(jù)左手定則,其所受的洛倫茲力方向沿y軸負方向,A、B錯誤;帶正電粒子初速度方向沿y軸正方向時,根據(jù)左手定則,其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向,C錯誤,D正確。故選D。5.B安培力的方向可用左手定則判斷,但電場力的方向不能用左手定則判斷,A錯誤;電荷所受電場力一定與該處電場方向在同一直線上,電荷所受的洛倫茲力一定與磁場方向垂直,B正確;電荷在電場中一定受電場力作用,電荷在磁場中靜止或其運動方向與磁場方向平行時不受洛倫茲力,C錯誤;安培力可以對通電導線做功,但洛倫茲力對運動電荷不做功,D錯誤。故選B。6.BD正電荷所受電場力方向與電場強度的方向相同,A錯誤;根據(jù)左手定則可知,運動負電荷所受的洛倫茲力方向豎直向下,B正確;根據(jù)右手螺旋定則可知通電螺線管外部上面的磁場方向為從左向右,則小磁針N極指向右側(cè),C錯誤;根據(jù)左手定則可知,電流所受的安培力方向與電流方向垂直,指向左下方,D正確。7.BCD根據(jù)電流的定義,導體中電流為I=qt=Svtnet=neSv,A錯誤;導體中自由電子個數(shù)為N=nV=nSL,B正確;導體放置在垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強度為B的磁場中,導體所受安培力F安=BIL=BneSvL,C正確;導體放置在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強度為B的磁場中,根據(jù)洛倫茲力公式,每個電子所受洛倫茲力F洛=8.A由安培定則,環(huán)形電流在示波管中產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里,電子束由左向右運動,由左手定則,電子受到的洛倫茲力方向向下,則電子束向下偏轉(zhuǎn)。故選A。方法技巧判斷電子束偏轉(zhuǎn)方向的方法(1)明確電子束的實質(zhì)是電子流,電子帶負電;(2)明確磁場的方向,應(yīng)用左手定則時,要讓磁感線垂直穿過掌心;(3)左手四指應(yīng)指向電子運動的反方向。9.C根據(jù)安培定則,上下兩個線圈的N極均在左邊,S極均在右邊,即鐵芯中間處的磁場方向是向右的,如圖所示。根據(jù)左手定則,由里向外射出的電子束受到的洛倫茲力向下,故電子束向下偏轉(zhuǎn)。故選C。10.A電子束開始時向上偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則可以得知,磁場的方向垂直紙面向外,即方向為負,且逐漸減小;后來電子束又向下偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則可以得知,磁場方向垂直紙面向里,即方向為正,且逐漸增大。故選A。能力提升練1.C2.BCD3.D4.A5.ACD6.BD7.B8.AC9.D10.C11.BD12.AD1.C帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時,所受洛倫茲力F=qvB,v、B相同時,F與電荷量q成正比,與質(zhì)量無關(guān),C項正確。2.BCD圖(1)中粒子所受洛倫茲力F=qvB,A錯誤;圖(2)中粒子速度方向與磁場方向的夾角為30°,粒子所受洛倫茲力F=qvBsin30°,B正確;圖(3)中粒子速度方向與磁場方向平行,粒子不受洛倫茲力,C正確;圖(4)中粒子所受洛倫茲力F=qvB,D正確。故選B、C、D。3.DL1、L2、L3三根導線中的電流在原點O處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度大小分別為B1=k2Ia、B2=kI2a、B3=k2Ia,方向如圖,則三根導線中的電流在O處產(chǎn)生合磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=2B1-B2=32kI2a,方向與y軸正方向成45°角。電子經(jīng)過原點O且速度方向垂直紙面向外,速度大小為v,據(jù)左手定則知,其所受洛倫茲力方向與y軸負方向成45°4.A電子在該空間恰沿y軸正方向以速度v勻速運動,由左手定則,受到的洛倫茲力沿z軸負方向,則受到的電場力沿z軸正方向,由于電子帶負電,所以電場沿z軸負方向,電子運動方向與所受電場力垂直,電場力不做功,電勢能不變。故選A。5.ACD模型構(gòu)建圓周運動模型假設(shè)小球帶正電,在最低點C,合力提供向心力,F合=F向=mv2小球進入磁場后受到洛倫茲力作用,方向與速度方向垂直,洛倫茲力對小球不做功,只有重力做功,機械能守恒,所以小球從A至C和從D至C到達C點時,速度大小相等;到達C點時加速度為a=v2l,方向都由C指向O,加速度相同;小球從A至C和從D至C過程中,任一時刻減少的重力勢能都轉(zhuǎn)化為動能