人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時(shí)作業(yè)10：1 1 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力1．關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向，磁場(chǎng)B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A．F、B、I三者必須保持相互垂直B．F必須垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C．B必須垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必須垂直F、B，但F、B可以不相互垂直2．海影號(hào)電磁推進(jìn)試驗(yàn)艦艇如圖甲所示，船體下部的大洞使海水前后貫通。艦艇沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側(cè)壁M和N分別連接艦艇內(nèi)電源的正極和負(fù)極，艦艇內(nèi)超導(dǎo)體在M、N間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，使M、N間海水受到磁場(chǎng)力作用被推出，艦艇因此前進(jìn)。要使圖乙中的艦艇向左前進(jìn)，則所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為()A．水平向左B．水平向右C．豎直向上D．豎直向下3．如圖所示，“L”形導(dǎo)線abc固定并垂直放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab⊥bc，ab長(zhǎng)為2l，bc長(zhǎng)為l，導(dǎo)線通入恒定電流I，設(shè)導(dǎo)線受到的安培力大小為F，方向與bc夾角為θ，則()A．F＝3BIl，tanθ＝eq\f(1,2) B．F＝eq\r(5)BIl，tanθ＝eq\f(1,2)C．F＝7BIl，tanθ＝eq\f(1,2) D．F＝eq\r(5)BIl，tanθ＝24．〖多選〗如圖所示，兩根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線a、b平行放置，a、b中的電流大小分別為2I和I，電流方向如圖中箭頭所示，此時(shí)a受到的安培力大小為F。若在a、b的正中間再放置一根與a、b平行共面的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線c后，a受到的安培力大小變?yōu)?F，則b受到的安培力可能是()A．大小為eq\f(F,2)，方向向左 B．大小為eq\f(F,2)，方向向右C．大小為eq\f(3F,2)，方向向右 D．大小為eq\f(3F,2)，方向向左5．已知長(zhǎng)沙市區(qū)地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B約為4.0×10－5T，其水平分量約為3.0×10－5T。若市區(qū)一高層建筑安裝了高50m的豎直金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)過(guò)避雷針的上方時(shí)，經(jīng)避雷針開始放電，電流方向自上而下，大小為1.0×105A，此時(shí)金屬桿受到地磁場(chǎng)對(duì)它的安培力的方向和大小分別為()A．方向向西，大小約為150N B．方向向西，大小約為200NC．方向向東，大小約為150N D．方向向東，大小約為200N6．兩條直導(dǎo)線互相垂直，但相隔一個(gè)小段距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。當(dāng)直流電流按如圖所示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，CD導(dǎo)線將()A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB B．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線ABC．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線AB D．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB7．〖多選〗如圖所示，直導(dǎo)線處于足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，與磁感線成θ＝30°角，導(dǎo)線中通過(guò)的電流為I，為了增大導(dǎo)線所受的安培力，可采取的辦法是()A．增大電流I B．增加直導(dǎo)線的長(zhǎng)度C．使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)30°角 D．使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)45°角8．如圖所示，臺(tái)秤上放一光滑平板，其左邊固定一擋板，一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來(lái)，此時(shí)臺(tái)秤讀數(shù)為F1。現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置固定一通電導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向里，當(dāng)加上電流后，臺(tái)秤讀數(shù)為F2，則以下說(shuō)法正確的是()A．F1>F2 B．F1<F2C．彈簧長(zhǎng)度將變長(zhǎng) D．彈簧長(zhǎng)度將不變9．〖多選〗超導(dǎo)電磁船是一種不需要螺旋槳推進(jìn)的低噪聲船。電磁船的簡(jiǎn)化原理圖如圖所示，MN和CD是與電源相連的兩個(gè)電極，MN與CD之間的部分區(qū)域有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生，其獨(dú)立電路部分未畫出)，通電的海水會(huì)受到安培力的作用，船體就在海水的反作用力推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。以下說(shuō)法正確的是()A．電磁船將電能轉(zhuǎn)化為船的機(jī)械能，效率可高達(dá)100%B．僅改變電流的方向，就能控制船前進(jìn)或者后退C．僅將磁場(chǎng)方向改變90°，就能控制船前進(jìn)或者后退D．僅將磁場(chǎng)方向改變180°，就能控制船前進(jìn)或者后退10．電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動(dòng)能殺傷武器。如圖所示為某款電磁炮的軌道，該軌道長(zhǎng)10m，寬2m。若發(fā)射質(zhì)量為100g的炮彈，從軌道左端以初速度為零開始加速，當(dāng)回路中的電流恒為100A時(shí)，最大速度可達(dá)2km/s，假設(shè)軌道間磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不計(jì)空氣及摩擦阻力。下列說(shuō)法正確的是()A．磁場(chǎng)方向豎直向下 B．磁場(chǎng)方向?yàn)樗较蛴褻．電磁炮的加速度大小為4×105m/s2 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為100T11．如圖所示，質(zhì)量m＝0.5kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度L＝1m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面向下(磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝8V、內(nèi)阻r＝1Ω，額定功率為8W、額定電壓為4V的電動(dòng)機(jī)M正常工作，取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度大小g取10m/s2，則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A．2TB．1.73TC．1.5TD．1T12．如圖所示的天平可用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂下面掛一個(gè)矩形線圈，寬為L(zhǎng)，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面。當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)，且在天平兩邊分別加上質(zhì)量為m1、m2的砝碼時(shí)，天平平衡；當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重新平衡。由此可知()A．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為eq\f(m1－m2g,NIL)B．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為eq\f(mg,2NIL)C．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為eq\f(m1－m2g,NIL)D．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為eq\f(mg,2NIL)13．如圖所示，兩平行導(dǎo)軌間的距離L＝0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在的平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E＝4.5V、內(nèi)阻r＝0.50Ω的直流電源?，F(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m＝0.04kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R＝2.5Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：(1)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大?。?3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力。

14．一電流表的原理示意圖如圖所示。質(zhì)量為m的勻質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過(guò)一掛鉤與一豎直懸掛的絕緣彈簧相連，絕緣彈簧的勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的示數(shù)，MN的長(zhǎng)度大于eq\x\to(ab)。當(dāng)MN中沒有電流通過(guò)且處于平衡狀態(tài)時(shí)，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合，當(dāng)MN中有電流通過(guò)時(shí)，指針示數(shù)可表示電流的大小。重力加速度為g。(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量為多少？(2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接？(3)若k＝2.0N/m，eq\x\to(ab)＝0.20m，eq\x\to(cb)＝0.05m，B＝0.20T，則此電流表的量程是多少？(不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用)(4)在(3)的條件下，若將量程擴(kuò)大為原來(lái)的2倍，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻螅?/p>

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁1．〖答案〗B〖解析〗安培力F總是與磁場(chǎng)B和電流I所決定的平面垂直，但B與I(即導(dǎo)線)可以垂直，也可以不垂直，通電導(dǎo)線受安培力時(shí)，力F與磁場(chǎng)及力F與導(dǎo)線都是垂直的，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。2．〖答案〗D〖解析〗海水中電流方向從M流向N，且艦艇向左運(yùn)動(dòng)，艦艇受到海水對(duì)艦艇的作用力向左，根據(jù)牛頓第三定律可知，海水所受的安培力方向向右，再根據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)方向豎直向下，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。3．〖答案〗B〖解析〗連接ac，根據(jù)幾何關(guān)系得ac＝eq\r(5)l，則F＝eq\r(5)BIl，F(xiàn)與bc的夾角θ滿足tanθ＝eq\f(bc,ab)＝eq\f(1,2)，選項(xiàng)B正確。4．〖答案〗BD〖解析〗未放c導(dǎo)線時(shí)，a、b導(dǎo)線之間的安培力是吸引力，大小相等，置入c導(dǎo)線后，a導(dǎo)線受到的安培力大小為2F，方向可能向左，也可能向右，故c導(dǎo)線對(duì)a導(dǎo)線的作用力可能向右、大小為F，或向左、大小為3F，所以c導(dǎo)線對(duì)b導(dǎo)線的作用力可能向右、大小為eq\f(3F,2)，或向左、大小為eq\f(F,2)，則b導(dǎo)線受到的安培力為向右、大小為eq\f(F,2)，或向左、大小為eq\f(3F,2)。選項(xiàng)B、D正確。5．〖答案〗C〖解析〗當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)避雷針放電時(shí)，放電電流方向沿避雷針向下，若面向北方而立，則空間水平磁場(chǎng)均為“×”，則右側(cè)為東方，左側(cè)為西方，如圖所示。由左手定則可知金屬桿所受安培力的方向向東，大小為F＝BIl＝3．0×10－5×1×105×50N＝150N，故C正確。6．〖答案〗D〖解析〗根據(jù)電流方向相同時(shí)導(dǎo)線相互吸引、相反時(shí)相互排斥，可知CD導(dǎo)線將沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB，所以D正確。7．〖答案〗AB〖解析〗由公式F＝BIlsinθ知，當(dāng)增大電流時(shí)，可增大通電導(dǎo)線所受的安培力，故A正確；由公式F＝BIlsinθ知，當(dāng)增加直導(dǎo)線的長(zhǎng)度時(shí)，可增大通電導(dǎo)線所受的安培力，故B正確；當(dāng)使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)30°時(shí)，導(dǎo)線沿垂直磁場(chǎng)方向投影長(zhǎng)度為零，則所受安培力為零，故C錯(cuò)誤；當(dāng)使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)45°時(shí)，導(dǎo)線沿垂直磁場(chǎng)方向投影長(zhǎng)度縮短，則所受安培力變小，故D錯(cuò)誤。8．〖答案〗A〖解析〗選通電導(dǎo)線為研究對(duì)象，根據(jù)左手定則判斷可知，通電導(dǎo)線所受安培力方向?yàn)樾毕蛴蚁路?，根?jù)牛頓第三定律分析得知，磁鐵受到的安培力方向斜向左上方，則磁鐵將向左運(yùn)動(dòng)，彈簧被壓縮，所以長(zhǎng)度將變短，故C、D錯(cuò)誤；由于磁鐵受到的安培力方向斜向左上方，對(duì)臺(tái)秤的壓力減小，則F1>F2，故A正確，B錯(cuò)誤。9．〖答案〗BD〖解析〗電磁船的工作原理是：通電的海水受到向后的安培力作用，獲得一定的速度，根據(jù)牛頓第三定律可知，船體同時(shí)受到相反方向的作用力，使船體向前運(yùn)動(dòng)。由于有一部分電能轉(zhuǎn)化為海水的動(dòng)能，電磁船將電能轉(zhuǎn)化為船的機(jī)械能的效率不可能達(dá)到100%，故A錯(cuò)誤；僅改變電流的方向，根據(jù)左手定則，會(huì)改變海水的受力方向，也改變船體的受力方向，就能控制船體的前進(jìn)或后退，故B正確；僅將磁場(chǎng)方向改變90°，根據(jù)左手定則，海水將不受安培力或受到的安培力方向向上或向下，無(wú)法控制船前進(jìn)或者后退，故C錯(cuò)誤；僅將磁場(chǎng)方向改變180°，根據(jù)左手定則，會(huì)使海水的受力方向相反，進(jìn)而使船體的受力方向相反，可以控制船前進(jìn)或者后退，故D正確。10．〖答案〗D〖解析〗回路中電流方向如題圖所示，則根據(jù)安培定則可知，磁場(chǎng)方向應(yīng)豎直向上，故A、B錯(cuò)誤；由題意可知，最大速度v＝2km/s，加速距離x＝10m，由速度和位移關(guān)系可知v2＝2ax，解得加速度大小a＝2×105m/s2，由牛頓第二定律可得F＝ma，又F＝BIl，聯(lián)立解得B＝100T，故C錯(cuò)誤，D正確。11．〖答案〗C〖解析〗電動(dòng)機(jī)M正常工作時(shí)的電流I1＝eq\f(P1,U)＝2A，電源內(nèi)阻上的電壓U′＝E－U＝8V－4V＝4V，根據(jù)歐姆定律得干路中的電流I＝eq\f(U′,r)＝4A，則通過(guò)導(dǎo)體棒的電流I2＝I－I1＝2A，根據(jù)導(dǎo)體棒受力平衡，有BI2L＝mgsin37°，解得B＝1.5T，選項(xiàng)C正確。12．〖答案〗B〖解析〗因?yàn)殡娏鞣聪驎r(shí)，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時(shí)安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。設(shè)線圈質(zhì)量為m3，則電流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL；電流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL。兩式聯(lián)立可得B＝eq\f(mg,2NIL)。故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。13．〖答案〗(1)1.5A(2)0.30N(3)0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下〖解析〗(1)導(dǎo)體棒、金屬導(dǎo)軌和直流電源構(gòu)成閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有I＝eq\f(E,R＋r)＝1.5A。(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30N。(3)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin37°＝0.24N。由于F1小于安培力，故導(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，導(dǎo)體棒的受力分析如圖所示。根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件，有mgsin37°＋Ff＝F安解得Ff＝0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下。14．〖答案〗(1)eq\f(mg,k)(2)M端(3)0～2．5A(4)0.1