2024-2025學(xué)年高中物理第1章安培力與洛倫茲力第1節(jié)安培力及其應(yīng)用作業(yè)含解析魯科版選擇性必修2

PAGE8-安培力及其應(yīng)用(25分鐘60分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1.如圖所示，勻稱繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方旁邊用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直于紙面對里。開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是()A.水平向左 B.水平向右C.豎直向下 D.豎直向上【解析】選D。先用安培定則推斷螺線管的磁場方向，導(dǎo)線處的磁場方向是水平向左的；再用左手定則推斷出導(dǎo)線A受到的安培力豎直向上。故選D。2.在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)a、b、c處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，則過c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向()A.與ab邊平行，豎直向上B.與ab邊平行，豎直向下C.與ab邊垂直，指向左邊D.與ab邊垂直，指向右邊【解析】選C。依據(jù)直線電流相互作用的規(guī)律可知a與c相互吸引，b與c也相互吸引，所以導(dǎo)線c所受的合力方向肯定指向左邊且與ab邊垂直，故C選項(xiàng)正確。3.如圖所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中心的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面對外的電流，則()A.假如臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極B.假如臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極C.無論如何臺秤的示數(shù)都不行能變更D.以上說法都不正確【解析】選A。假如臺秤的示數(shù)增大，說明導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對導(dǎo)線的作用力豎直向上，依據(jù)左手定則可推斷，導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵四周磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為北極，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。4.如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為θ。假如僅變更下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變更狀況是()A.棒中的電流變大，θ角變大B.兩懸線等長變短，θ角變小C.金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D.磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小【解析】選A。選金屬棒MN為探討對象，其受力狀況如圖所示。依據(jù)平衡條件及三角形學(xué)問可得tanθ=，所以當(dāng)棒中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大時(shí)，θ角變大，A正確，D錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時(shí)，θ角變小，C錯(cuò)誤；θ角的大小與懸線的長短無關(guān)，B錯(cuò)誤。5.如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動狀況是(從上往下看)()A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降B.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升C.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升【解析】選A。如圖所示，把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元，由于O′O段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO′段電流元所在的磁場方向傾斜向上，依據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面對外；OB段電流元所在的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面對里。綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O′段為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(俯視)。把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特別位置來分析，依據(jù)左手定則推斷得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動的同時(shí)向下運(yùn)動。綜上所述，A正確。6.將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其旁邊放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心。如圖所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí)，從上往下看()A.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵B.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵C.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵D.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵【解析】選C。該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，依據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引可知，C正確。二、非選擇題(本題共2小題，共24分)7.(12分)如圖所示，掛在天平底部的矩形線圈abcd的一部分懸在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)給矩形線圈通入如圖所示的電流I時(shí)，調(diào)整兩盤中的砝碼，使天平平衡，然后使電流I反向，這時(shí)要在天平的左盤上加質(zhì)量為2×10-2kg的砝碼，才能使天平重新平衡，若已知矩形線圈共10匝，通入的電流I=0.1A，bc邊長度為10cm，求磁場對bc邊作用力的大小及該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。(g取10m/s2)【解析】依據(jù)F=NIlB可知，電流反向前后，磁場對bc邊的作用力大小相等，設(shè)為F，但由左手定則可知它們的方向是相反的。電流反向前，磁場對bc邊的作用力向上，電流反向后，磁場對bc邊的作用力向下。因而有2F=2×10-2×10N=0.2N，所以F=0.1N，即磁場對bc邊的作用力大小是0.1N，因?yàn)榇艌鰧﹄娏鞯淖饔昧=NIlB，故B==T=1T。答案：0.1N1T8.(12分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中，用兩根細(xì)線懸掛長l=10cm、質(zhì)量m=5g的金屬桿MN，在金屬桿中通以穩(wěn)恒電流，使懸線受的拉力為零。(1)求金屬桿中電流的大小和方向；(2)若每根懸線所受的拉力為0.1N，求金屬桿中的電流的大小和方向(g取10m/s2)?！窘馕觥?1)懸線受的拉力為零，所受安培力方向向上F安=IlB=mg，解得I=0.5A，方向水平向右。(2)金屬桿在重力mg、懸線拉力2F和安培力IlB的作用下平衡，所以有：mg+IlB=2F，解得：I=1.5A，方向水平向左。答案：(1)0.5A方向水平向右(2)1.5A方向水平向左【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)圖中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用、電磁鐵上、下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿。當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動。下列說法正確的是()A.若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動B.若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動C.若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動D.若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動【解析】選B、D。若a接正極，b接負(fù)極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向上的磁場，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，依據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動，A錯(cuò)誤；若a接正極，b接負(fù)極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向上的磁場，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，依據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動，B正確；若a接負(fù)極，b接正極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向下的磁場，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，依據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動，C錯(cuò)誤；若a接負(fù)極，b接正極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向下的磁場，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，依據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動，D正確。(15分鐘40分)9.(7分)(多選)關(guān)于電流計(jì)，以下說法正確的是()A.指針穩(wěn)定后，游絲形變產(chǎn)生的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B.通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強(qiáng)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)，而與所處位置無關(guān)【解析】選A、B、D。游絲形變產(chǎn)生的阻力效果與安培力引起的動力效果平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動，故從轉(zhuǎn)動角度來看二力方向相反。電流計(jì)內(nèi)磁場是勻稱輻射磁場，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，線圈所在各處的磁場大小相等方向不同，所以安培力大小與電流大小有關(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，正確的選項(xiàng)為A、B、D，C錯(cuò)誤。10.(7分)(多選)如圖所示，在“探討影響通電導(dǎo)體棒所受磁場力的因素”試驗(yàn)中，要使導(dǎo)體棒搖擺的幅度增大，以下操作中可行的是()A.增加磁鐵的數(shù)量B.增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度C.變更導(dǎo)體棒中的電流方向D.更換磁性較強(qiáng)的磁鐵【解析】選A、B、D。增大安培力即可使導(dǎo)體棒搖擺的幅度增大，依據(jù)安培力的公式F=IlB可知，增加磁鐵的數(shù)量，在磁場中有效長度增加，安培力增加；增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度，安培力增大；變更導(dǎo)體棒中的電流方向，只會變更安培力的方向，不會變更安培力的大??；更換磁性較強(qiáng)的磁鐵，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，安培力增大，綜上所述選項(xiàng)C不行行。11.(7分)(多選)如圖所示，質(zhì)量為m、長為l的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ。則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能為()A.z軸正方向，tanθ B.y軸正方向，C.z軸負(fù)方向，tanθ D.沿懸線向上，sinθ【解析】選B、C。對導(dǎo)線受力分析，畫出平面圖，其受到豎直向下的重力、沿懸線向上的拉力和安培力(未畫出，須要依據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向而定)，電流方向垂直于紙面對外。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿z軸正方向時(shí)，依據(jù)左手定則可知安培力沿y軸負(fù)方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)導(dǎo)線不行能保持靜止?fàn)顟B(tài)，故A錯(cuò)誤；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿y軸正方向時(shí)，依據(jù)左手定則可知安培力沿z軸正方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)懸線的拉力T為零，導(dǎo)線受重力和安培力，由力的平衡條件可知，二力等大反向，有IlB=mg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，故B正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿z軸負(fù)方向時(shí)，依據(jù)左手定則可知安培力沿y軸正方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)安培力IlB=mgtanθ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，故C正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿懸線向上時(shí)，依據(jù)左手定則可知安培力垂直于懸線向下，與y軸負(fù)方向夾角為θ，由力的平衡條件可知，此時(shí)導(dǎo)線不行能保持靜止?fàn)顟B(tài)，故D錯(cuò)誤。12.(19分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一個(gè)與水平面成θ=37°角的導(dǎo)電滑軌，滑軌上放置一個(gè)可自由移動的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源電動勢E=12V，內(nèi)阻不計(jì)，ab桿長l=0.5m，質(zhì)量m=0.2kg，桿與滑軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.1，滑軌與ab桿的電阻忽視不計(jì)，g取10m/s2，sin37°=0.6，求：接在滑軌上的滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變更時(shí)，可使ab桿在滑軌上保持靜止？(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)【解析】對金屬桿受力分析，回路中的電流為：I=金屬桿受到的安培力為：F=IlB當(dāng)摩擦力沿斜面對上最大時(shí)，電流強(qiáng)度最小，電阻最大，由共點(diǎn)力平衡得：mgsin37°-f-Fcos37°=0mgcos37°+Fsin37°-FN=0f=μFN聯(lián)立解得：Rmax≈5Ω當(dāng)摩擦力沿斜面對下最大時(shí)，電流強(qiáng)度最大，電阻最小，由共點(diǎn)力平衡得：mgsin37°+f′-Fcos37°=0mgcos37°+Fsin37°-FN′=0f′=μFN′聯(lián)立解得：Rmin≈3Ω故可變電阻在3～5Ω范圍內(nèi)。答案：3～5Ω【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)如圖所示