新教材2024高中物理第一章安培力與洛倫茲力1.1磁吃通電導(dǎo)線的作用力同步測試新人教版選擇性必修第二冊

第一章安培力與洛倫茲力1磁場對通電導(dǎo)線的作用力【基礎(chǔ)鞏固】1.如圖所示,通電導(dǎo)線在紙面內(nèi)由Ⅰ位置繞垂直于紙面的固定軸轉(zhuǎn)到Ⅱ位置,其他條件不變,該導(dǎo)線所受的安培力大小 ()A.變大 B.變小C.不變 D.不能確定解析:通電導(dǎo)線由Ⅰ位置繞固定軸轉(zhuǎn)到Ⅱ位置,導(dǎo)線仍舊與磁場垂直,故安培力F=IlB大小不變,故選項C正確.答案:C2.下圖中分別標明白通電直導(dǎo)線中電流I、勻強磁場的磁感應(yīng)強度B和導(dǎo)線所受安培力F的方向,其中正確的是 ()ABCD解析:A中,電流方向與磁感線方向平行,導(dǎo)線不受安培力作用,故選項A錯誤.依據(jù)左手定則,四指指向電流方向,磁場垂直穿過手心,拇指所指的方向即為通電導(dǎo)線受力的方向,可以推斷選項B中安培力方向是豎直向下的,選項C中安培力方向豎直向上,選項D中安培力方向垂直于紙面對外,故選項C正確,選項B、D錯誤.答案:C3.垂直于紙面對外的勻強磁場中有一通電直導(dǎo)線,電流I的方向如圖所示,則該導(dǎo)線所受安培力的方向()A.向上 B.向下C.垂直于紙面對里 D.垂直于紙面對外解析:由左手定則可知,電流水平向右,而磁場垂直于紙面對外,故安培力方向向下,選項B正確.答案:B4.(2024·浙江卷)利用如圖所示裝置探究勻強磁場中影響通電導(dǎo)線受力的因素,導(dǎo)線垂直于勻強磁場方向放置.先保持導(dǎo)線通電部分的長度l不變,變更電流I的大小,然后保持電流I不變,變更導(dǎo)線通電部分的長度l,得到導(dǎo)線受到的力F分別與I和l的關(guān)系圖像,下列選項正確的是 ()ABC D解析:由F=BIl可知,先保持導(dǎo)線通電部分的長度l不變,變更電流I的大小,則F-I圖像是過原點的直線.同理,保持電流I不變,變更通過電流部分的長度l,則F-l圖像是過原點的直線.故選項B正確.答案:B5.在磁感應(yīng)強度為0.5T的勻強磁場中,垂直于磁場方向放入一根長為1m的通電直導(dǎo)線.若導(dǎo)線受到的安培力為2N,則導(dǎo)線中通過的電流為 ()A.1A B.2AC.3A D.4A解析:由題意得F=BIl,代入數(shù)據(jù)有I=FBl=2答案:D6.(多選)如圖所示,在探討安培力的方向與哪些因素有關(guān)的試驗中,要使導(dǎo)體棒的搖擺方向變更,下列操作可行的是 ()A.增大導(dǎo)體棒中的電流B.減小磁感應(yīng)強度C.顛倒磁體磁極的上下位置D.變更導(dǎo)體棒中電流的方向解析:安培力的方向與磁場方向和電流的方向都有關(guān).顛倒磁體磁極的上下位置,導(dǎo)體棒的偏轉(zhuǎn)方向變更,選項C正確.變更導(dǎo)體棒中的電流方向,會變更安培力的方向,故選項D正確.答案:CD7.一通電直導(dǎo)線垂直于磁場方向置于勻強磁場中,其所受安培力的大小為F.若僅將該磁場的磁感應(yīng)強度增大為原來的2倍,則導(dǎo)線所受安培力將變?yōu)?()A.12F B.14FC.2F D.解析:通電直導(dǎo)線垂直于磁場方向時,其所受安培力的大小為F=BIl,現(xiàn)磁感應(yīng)強度變?yōu)樵瓉淼?倍,依據(jù)公式可知,安培力變?yōu)?F,故選項C正確.答案:C8.下列關(guān)于磁電式電流表的說法不正確的是 ()A.指針穩(wěn)定后,螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻力大小與線圈中的電流大小成正比B.通電線圈中的電流越大,電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度越大C.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),各處的磁場都是勻強磁場D.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān),與所處位置無關(guān)解析:螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻力大小與線圈中的電流大小成正比.電流表內(nèi)磁場是勻稱輻向磁場,在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁感應(yīng)強度大小相等,方向不同,所以安培力與電流大小有關(guān),而與所處位置無關(guān),電流越大,安培力越大,指針轉(zhuǎn)過的角度越大.綜上可知,選項A、B、D說法正確,選項C說法錯誤.答案:C9.如圖所示,長l=60cm、質(zhì)量m=6.0×10-2kg、粗細勻稱的金屬棒,兩端用完全相同的絕緣彈簧掛起,放在磁感應(yīng)強度B=0.4T、方向垂直于紙面對里的勻強磁場中,若不計彈簧重力,g取10m/s2.(1)要使彈簧不伸長,金屬棒中電流的大小和方向如何?(2)若在金屬棒中通入自左向右、大小為I=0.2A的電流,金屬棒下降x1=1cm;若通入金屬棒中的電流仍為0.2A,但方向相反,這時金屬棒下降了多少?解析:(1)要使彈簧不伸長,重力應(yīng)與安培力平衡,所以安培力應(yīng)豎直向上.據(jù)左手定則可知電流方向應(yīng)向右.因為mg=BlI,所以I=mgBl=2.5A(2)在金屬棒中通入自左向右、大小為I=0.2A的電流,金屬棒下降x1=1cm,受力如圖所示.由平衡條件得mg=BlI+2kx1.當電流反向時,由平衡條件得mg=-BlI+2kx2.解得x2=1.17cm.答案:(1)2.5A向右(2)1.17cm【拓展提高】10.(2024·廣東東莞)正方形線框LMNP由四段相同的導(dǎo)體棒a、b、c、d連接而成,固定在垂直于線框平面對里的勻強磁場中(圖中未畫出),線框頂點L、P與直流電源兩端相接.已知導(dǎo)體棒d受到的安培力大小為F,則下列說法正確的是 ()A.導(dǎo)體棒a、b、c中的電流與導(dǎo)體棒d中的電流相等B.導(dǎo)體棒a受到的安培力大小為FC.導(dǎo)體棒a、b、c受到的安培力大小為3FD.線框LMNP受到的安培力大小為43解析:導(dǎo)體棒a、b、c的電阻之和是d的電阻的3倍,并聯(lián)電壓相等,所以電流不等,故選項A錯誤;依據(jù)I=UR可知,a中的電流大小是d的13,依據(jù)F=BIl可知,導(dǎo)體棒a受到的安培力大小為F3,故選項B錯誤;導(dǎo)體棒a、b、c的等效長度與d的長度相同,電流大小是d的13,依據(jù)F=BIl可知,它們受到的安培力大小為F3,故選項C錯誤;依據(jù)左手定則可知,a、b、c受到的安培力與d受到的安培力方向相同,所以線框LMNP答案:D11.如圖所示,一根可以自由轉(zhuǎn)動的通電導(dǎo)線ab,放在條形磁體旁邊,其中點恰好與磁體中線在同一平面內(nèi),電流方向由a到b,則導(dǎo)線ab ()A.不受磁場力作用B.垂直于紙面對外平移C.a端向外b端向里轉(zhuǎn)動,且靠向磁體D.a端向里b端向外轉(zhuǎn)動,且遠離磁體解析:條形磁體的一條磁感線如圖所示,由圖示可知導(dǎo)線左側(cè)所處的磁場方向斜向右上,導(dǎo)線右側(cè)所處的磁場斜向右下,由左手定則可知,導(dǎo)線左側(cè)受力方向垂直于紙面對外,導(dǎo)線右側(cè)受力方向垂直于紙面對里,當導(dǎo)線轉(zhuǎn)動后,由左手定則可得導(dǎo)線還受一個向下的力,即a端轉(zhuǎn)向紙外,b端轉(zhuǎn)向紙里,且靠近磁體,故選項C正確.答案:C12.如圖所示,電阻勻稱的圓環(huán),固定于勻強磁場中,環(huán)平面與磁場方向垂直,M、N與電源相連,圓環(huán)的劣弧MGN對應(yīng)的圓心角為90°,它所受的安培力大小為F,則整個圓環(huán)所受的安培力大小為 ()A.2F B.(2+1)FC.3+23F D.解析:由幾何關(guān)系可知優(yōu)弧的長度為劣弧長度的3倍,所以優(yōu)弧的電阻是劣弧電阻的3倍,則通過優(yōu)弧的電流為通過劣弧電流的三分之一,對這個圓環(huán)的優(yōu)弧和劣弧來說,它們的等效長度相等且等于弦長,等效電流方向也相同,都是從M指向N,依據(jù)F=BIl可知優(yōu)弧所受安培力大小為劣弧所受安培力的三分之一,方向相同,所以整個圓環(huán)所受安培力為F+13F=43答案:D13.以松軟導(dǎo)線繞成的矩形線圈放在光滑的水平面上,當給線圈通上電流時,其形態(tài)將 ()A.不變更 B.收縮在一起C.變成圓 D.變成曲線解析:當給矩形線圈通上電流時,線圈會產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場.任取線圈上的一個電流元為對象,依據(jù)左手定則,這個電流元受到一個向外的安培力,同理,其他電流元受到的安培力也向外,這些力將使線圈發(fā)生形變,直到變成圓.另外,依據(jù)電流方向相反,導(dǎo)線相互排斥的結(jié)論,線圈任一個電流元和與之對稱的電流元電流方向相反,它們的安培力方向相反,且都向外,線圈受到向外的斥力,最終變成圓,故選項C正確.答案:C14.如圖所示的天平可用來測量磁感應(yīng)強度,天平的右臂下面掛有一個矩形線圈,寬度為l=20.0cm,匝數(shù)N=10,線圈下端懸在勻強磁場中,磁場方向垂直于紙面.當線圈中通有電流I=0.20A時(方向如圖),調(diào)整砝碼使天平達到平衡,此時m1>m2.當電流反向(大小不變)時,右邊再加上質(zhì)量為m=10g的砝碼后,天平重新平衡,g取10m/s2.由此可知 ()A.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對外,大小為0.25TB.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對里,大小為0.25TC.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對外,大小為0.125TD.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對里,大小為0.125T解析:線圈通入題圖所示的電流,調(diào)整砝碼使天平平衡時,由于m1>m2,線圈所受安培力向下,依據(jù)左手定則知磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對里.當電流方向反向時,安培力方向反向,變?yōu)樨Q直向上,相當于右邊少了2倍的安培力大小,所以須要在右邊加砝碼.則有mg=2NBIl,解得B=mg2NIl=0答案:D【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】15.將質(zhì)量為m=0.02kg的通電細桿ab置于傾角為θ=37°的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強度B=2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示.現(xiàn)調(diào)整滑動變阻器的滑片,使桿ab靜止,通過桿ab的電流范圍為多少?sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.解析:圖甲、乙分別是電流最大和最小兩種狀況下桿ab的受力分