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高中物理1 磁场对通电导线的作用力同步训练题
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这是一份高中物理1 磁场对通电导线的作用力同步训练题，共8页。
题组一 安培力的方向
1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是( )
A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直
D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直
D [根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，故D正确。]
2．在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( )
A B
C D
C [根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，四指指向电流方向，A选项安培力方向向下，故A错误；通电导线与磁场平行，不受安培力，故B错误；C选项安培力方向向下，故C正确；D选项安培力方向垂直于纸面向外，故D错误。]
3．如图所示，光滑水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通以相等电流强度的恒定电流。通有顺时针方向电流的矩形线框位于两条导线的正中央，在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，则a、b导线中的电流方向( )
A．均向上B．均向下
C．a向上，b向下D．a向下，b向上
C [由于在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，线框的左边的作用力方向向左，由左手定则可知，导线框左边所处磁场的方向垂直于纸面向里，则a导线电流向上，线框的右边的作用力方向向右，b导线电流向下，即a向上，b向下。故选C。]
4．如图所示，某兴趣小组制作了一个简易电动机，此装置中的铜线框能在竖直平面内在磁场作用下从静止开始以虚线OO′为中心轴转动起来，那么( )
A．若磁铁上方为N极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转
B．若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转
C．不管磁铁上方为N级还是S极，从上往下看，铜线框都将逆时针旋转
D．在铜线框加速转动过程中，电池的化学能全部转化为铜线框的动能
A [若磁铁上方为N极，铜线框左边的电流方向是向下的，磁场方向是向左的，根据左手定则可知，安培力方向是向内的；铜线框右边的电流方向也是向下的，磁场方向是向右的，根据左手定则可知，安培力方向是向外的，故从上往下看，铜线框将顺时针转动；同理可判断，若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将逆时针转动，故A正确，B、C错误，在铜线框加速转动过程中，电池的化学能转化为铜线框的动能和电路中的焦耳热，故D错误。]
题组二 安培力的大小
5．如图所示，长为2L的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，关于V形通电导线受到的安培力大小和方向，描述正确是( )
A．安培力大小为2BIL
B．安培力大小为零
C．安培力方向顺时针方向
D．安培力方向竖直向上
D [导线在磁场内有效长度为2Lsin 30°，故该V形通电导线受到安培力大小为F＝BI·2Lsin 30°＝BIL，选项A、B不符合题意；由左手定则可得安培力方向向上，故C不符合题意，D符合题意。]
6．如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，匀强磁场的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴，由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时，转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，转子的ab边受到的安培力大小为( )
A．nBILsin θ B．nBILcs θ
C．nBIdD．nBIL
D [转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，根据安培力公式可得转子的ab边所受的安培力大小F＝nBIL，选项D正确。]
7．如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到磁场力的合力为( )
A．3BIL，方向b→c
B．4BIL，方向b→a
C．7BIL，方向垂直于ac连线斜向上
D．5BIL，方向垂直于ac连线斜向上
D [导线受到磁场力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上，导线在磁场内有效长度为：eq \r(3L2＋4L2)＝5L，故该通电导线受到安培力大小为F＝5BIL，选项D正确。]
8．两根轻质丝线悬挂一根水平金属棒ab，金属棒处于垂直纸面的匀强磁场中。当金属棒中通有方向由a到b的电流时，每根丝线受到的拉力大小均为0.1 N。当电流大小不变，方向由b到a时，每根丝线受到的拉力大小为均0.05 N，问：
(1)匀强磁场的磁感应强度的方向；
(2)导线受到的安培力大小；
(3)又经测量，导线长度为20 cm，电流大小为2 A，求磁感应强度的大小。
[解析] (1)根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。
(2)当电流a到b，有mg＋F＝2T1
当电流b到a时可得mg＝2T2＋F
则F＝0.05 N。
(3)由安培力公式F＝BIl代入数据解得B＝0.125 T。
[答案] (1)垂直纸面向外 (2)0.05 N (3)0.125 T
题组三 磁电式电流表
9．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，其磁感应强度的大小处处相等，都为B，一边长为L的正方形线圈处在磁场中，方向如图乙，当通有大小为I的电流时，下列正确的是( )
甲 乙
A．由于磁感应强度的大小处处相同，则该磁场为匀强磁场
B．穿过正方形线圈的磁通量大小为BL2
C．正方形线圈的左边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
D．正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
C [磁感应强度的大小相同，但方向不同，则该磁场不是匀强磁场，故A错误；因磁感应强度和线圈平面平行，穿过正方形线圈的磁通量大小为零，故B错误；正方形线圈的左边导线受到的安培力大小为BIL，由左手定则可知方向向上，故C正确；正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向下的安培力，故D错误。]
10．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )
A B C D
A [天平原本处于平衡状态，所以线圈所受安培力越大，天平越容易失去平衡，由于线圈平面与磁场强度垂直，且线圈不全在磁场区域内，所以线圈与磁场区域的交点的长度等于线圈在磁场中的有效长度，由图可知，A图的有效长度最长，磁场强度B和电流大小I相等，所以A图中线圈所受的安培力最大，则A图天平最容易失去平衡。A正确，B、C、D错误。]
11．如图所示是一位同学制作的实验装置：轻弹簧竖直悬挂，下端恰与铜片接触。当开关闭合后，弹簧时伸时缩，灯泡时明时暗。关于这个实验现象，下列说法中正确的是( )
A．有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩
B．有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长
C．弹簧收缩与铜片分离时，通过灯泡的电流较小，灯泡暗淡
D．弹簧伸长与铜片接触时，通过灯泡的电流较大，灯泡明亮
A [有电流通过弹簧时，各匝环形电流同向，相互吸引致使弹簧收缩，A正确，B错误；弹簧伸长与铜片接触，弹簧与灯泡并联，电路中总电阻较小，总电流较大，电源内阻分压较大，灯泡两端电压较小，灯泡较暗淡，同理可知弹簧收缩与铜片分离时，灯泡较明亮，C、D错误。]
12．在某次科技活动中，有人做了一个电磁“小车”实验：如图所示，用裸露的铜导线绕制成一根长螺线管，将螺线管固定在水平桌面上。用一节干电池和两个磁铁制成一个“小车”，两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上。将这辆“小车”推入螺线管中(磁铁与电极和铜线均能良好导电)，“小车”就加速运动起来。关于“小车”的运动，以下说法正确的是( )
A．图中“小车”加速度方向向右
B．图中“小车”加速度方向向左
C．只将“小车”上某一磁铁改为S极与电池粘连，“小车”就仍能加速运动
D．只将“小车”上两磁铁均改为S极与电池粘连，“小车”的加速度方向不变
B [两磁极间的磁感线如答图甲所示，干电池与磁铁及中间部分线圈组成了闭合回路，在两磁极间的线圈中产生电流，左端磁极的左侧线圈和右端磁极的右侧线圈中没有电流。其中线圈中电流方向的左视图如答图乙所示，由左手定则可知中间线圈所受的安培力有向右的分力，根据牛顿第三定律有“小车”向左加速，A错误，B正确；如果只改变某一磁铁S极与电池粘连，则磁感线不会向外发散，两部分受到方向相反的力，合力为零，“小车”不能加速运动，C错误；将“小车”上两磁铁均改为S极与电池粘连，磁感线会向里聚集，受到的力与答图中方向相反，故“小车”的加速度方向将发生改变，D错误。
甲 乙 ]
13．如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡。然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2×10－2 kg的砝码，才能使天平重新平衡。
(1)求磁场对bc边作用力的大小；
(2)若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度。(g取10 m/s2)
[解析] (1)根据F＝ILB可知，电流反向前后，磁场对bc边的作用力大小相等，设为F，
由左手定则可知，它们的方向是相反的。电流反向前，磁场对bc边的作用力向上，电流反向后，磁场对bc边的作用力向下。
则有：2F＝2×10－2×10 N＝0.2 N，
解得：F＝0.1 N，即磁场对bc边的作用力大小是0.1 N。
(2)因为磁场对矩形线圈的作用力F＝NBIL
解得：B＝eq \f(F,NIL)＝eq \f(0.1,10×0.1×0.1)＝1 T。
[答案] (1)0.1 N (2)1 T
题组一 安培力的方向
1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是( )
A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直
D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直
D [根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，故D正确。]
2．在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( )
A B
C D
C [根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，四指指向电流方向，A选项安培力方向向下，故A错误；通电导线与磁场平行，不受安培力，故B错误；C选项安培力方向向下，故C正确；D选项安培力方向垂直于纸面向外，故D错误。]
3．如图所示，光滑水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通以相等电流强度的恒定电流。通有顺时针方向电流的矩形线框位于两条导线的正中央，在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，则a、b导线中的电流方向( )
A．均向上B．均向下
C．a向上，b向下D．a向下，b向上
C [由于在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，线框的左边的作用力方向向左，由左手定则可知，导线框左边所处磁场的方向垂直于纸面向里，则a导线电流向上，线框的右边的作用力方向向右，b导线电流向下，即a向上，b向下。故选C。]
4．如图所示，某兴趣小组制作了一个简易电动机，此装置中的铜线框能在竖直平面内在磁场作用下从静止开始以虚线OO′为中心轴转动起来，那么( )
A．若磁铁上方为N极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转
B．若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转
C．不管磁铁上方为N级还是S极，从上往下看，铜线框都将逆时针旋转
D．在铜线框加速转动过程中，电池的化学能全部转化为铜线框的动能
A [若磁铁上方为N极，铜线框左边的电流方向是向下的，磁场方向是向左的，根据左手定则可知，安培力方向是向内的；铜线框右边的电流方向也是向下的，磁场方向是向右的，根据左手定则可知，安培力方向是向外的，故从上往下看，铜线框将顺时针转动；同理可判断，若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将逆时针转动，故A正确，B、C错误，在铜线框加速转动过程中，电池的化学能转化为铜线框的动能和电路中的焦耳热，故D错误。]
题组二 安培力的大小
5．如图所示，长为2L的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，关于V形通电导线受到的安培力大小和方向，描述正确是( )
A．安培力大小为2BIL
B．安培力大小为零
C．安培力方向顺时针方向
D．安培力方向竖直向上
D [导线在磁场内有效长度为2Lsin 30°，故该V形通电导线受到安培力大小为F＝BI·2Lsin 30°＝BIL，选项A、B不符合题意；由左手定则可得安培力方向向上，故C不符合题意，D符合题意。]
6．如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，匀强磁场的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴，由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时，转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，转子的ab边受到的安培力大小为( )
A．nBILsin θ B．nBILcs θ
C．nBIdD．nBIL
D [转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，根据安培力公式可得转子的ab边所受的安培力大小F＝nBIL，选项D正确。]
7．如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到磁场力的合力为( )
A．3BIL，方向b→c
B．4BIL，方向b→a
C．7BIL，方向垂直于ac连线斜向上
D．5BIL，方向垂直于ac连线斜向上
D [导线受到磁场力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上，导线在磁场内有效长度为：eq \r(3L2＋4L2)＝5L，故该通电导线受到安培力大小为F＝5BIL，选项D正确。]
8．两根轻质丝线悬挂一根水平金属棒ab，金属棒处于垂直纸面的匀强磁场中。当金属棒中通有方向由a到b的电流时，每根丝线受到的拉力大小均为0.1 N。当电流大小不变，方向由b到a时，每根丝线受到的拉力大小为均0.05 N，问：
(1)匀强磁场的磁感应强度的方向；
(2)导线受到的安培力大小；
(3)又经测量，导线长度为20 cm，电流大小为2 A，求磁感应强度的大小。
[解析] (1)根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。
(2)当电流a到b，有mg＋F＝2T1
当电流b到a时可得mg＝2T2＋F
则F＝0.05 N。
(3)由安培力公式F＝BIl代入数据解得B＝0.125 T。
[答案] (1)垂直纸面向外 (2)0.05 N (3)0.125 T
题组三 磁电式电流表
9．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，其磁感应强度的大小处处相等，都为B，一边长为L的正方形线圈处在磁场中，方向如图乙，当通有大小为I的电流时，下列正确的是( )
甲 乙
A．由于磁感应强度的大小处处相同，则该磁场为匀强磁场
B．穿过正方形线圈的磁通量大小为BL2
C．正方形线圈的左边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
D．正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力
C [磁感应强度的大小相同，但方向不同，则该磁场不是匀强磁场，故A错误；因磁感应强度和线圈平面平行，穿过正方形线圈的磁通量大小为零，故B错误；正方形线圈的左边导线受到的安培力大小为BIL，由左手定则可知方向向上，故C正确；正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向下的安培力，故D错误。]
10．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )
A B C D
A [天平原本处于平衡状态，所以线圈所受安培力越大，天平越容易失去平衡，由于线圈平面与磁场强度垂直，且线圈不全在磁场区域内，所以线圈与磁场区域的交点的长度等于线圈在磁场中的有效长度，由图可知，A图的有效长度最长，磁场强度B和电流大小I相等，所以A图中线圈所受的安培力最大，则A图天平最容易失去平衡。A正确，B、C、D错误。]
11．如图所示是一位同学制作的实验装置：轻弹簧竖直悬挂，下端恰与铜片接触。当开关闭合后，弹簧时伸时缩，灯泡时明时暗。关于这个实验现象，下列说法中正确的是( )
A．有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩
B．有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长
C．弹簧收缩与铜片分离时，通过灯泡的电流较小，灯泡暗淡
D．弹簧伸长与铜片接触时，通过灯泡的电流较大，灯泡明亮
A [有电流通过弹簧时，各匝环形电流同向，相互吸引致使弹簧收缩，A正确，B错误；弹簧伸长与铜片接触，弹簧与灯泡并联，电路中总电阻较小，总电流较大，电源内阻分压较大，灯泡两端电压较小，灯泡较暗淡，同理可知弹簧收缩与铜片分离时，灯泡较明亮，C、D错误。]
12．在某次科技活动中，有人做了一个电磁“小车”实验：如图所示，用裸露的铜导线绕制成一根长螺线管，将螺线管固定在水平桌面上。用一节干电池和两个磁铁制成一个“小车”，两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上。将这辆“小车”推入螺线管中(磁铁与电极和铜线均能良好导电)，“小车”就加速运动起来。关于“小车”的运动，以下说法正确的是( )
A．图中“小车”加速度方向向右
B．图中“小车”加速度方向向左
C．只将“小车”上某一磁铁改为S极与电池粘连，“小车”就仍能加速运动
D．只将“小车”上两磁铁均改为S极与电池粘连，“小车”的加速度方向不变
B [两磁极间的磁感线如答图甲所示，干电池与磁铁及中间部分线圈组成了闭合回路，在两磁极间的线圈中产生电流，左端磁极的左侧线圈和右端磁极的右侧线圈中没有电流。其中线圈中电流方向的左视图如答图乙所示，由左手定则可知中间线圈所受的安培力有向右的分力，根据牛顿第三定律有“小车”向左加速，A错误，B正确；如果只改变某一磁铁S极与电池粘连，则磁感线不会向外发散，两部分受到方向相反的力，合力为零，“小车”不能加速运动，C错误；将“小车”上两磁铁均改为S极与电池粘连，磁感线会向里聚集，受到的力与答图中方向相反，故“小车”的加速度方向将发生改变，D错误。
甲 乙 ]
13．如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡。然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2×10－2 kg的砝码，才能使天平重新平衡。
(1)求磁场对bc边作用力的大小；
(2)若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度。(g取10 m/s2)
[解析] (1)根据F＝ILB可知，电流反向前后，磁场对bc边的作用力大小相等，设为F，
由左手定则可知，它们的方向是相反的。电流反向前，磁场对bc边的作用力向上，电流反向后，磁场对bc边的作用力向下。
则有：2F＝2×10－2×10 N＝0.2 N，
解得：F＝0.1 N，即磁场对bc边的作用力大小是0.1 N。
(2)因为磁场对矩形线圈的作用力F＝NBIL
解得：B＝eq \f(F,NIL)＝eq \f(0.1,10×0.1×0.1)＝1 T。
[答案] (1)0.1 N (2)1 T
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