物理选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力巩固练习

这是一份物理选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力巩固练习，共7页。
A级——基础达标
1．关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者必须保持相互垂直
B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直
C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直
D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直
2．(选自鲁科版教材课后练习)(多选)如图(a)所示，扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中， 当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)，磁场方向如图中箭头所示。下列选项正确的是( )
A．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
B．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
C．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
D．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
3.(2024·安徽滁州中学期末)如图所示，半圆形导线abc通以恒定电流I，放置在匀强磁场中。已知磁感应强度大小为B，导线长为πl，直径ac与磁场方向夹角为θ＝30°。该导线受到的安培力大小为( )
A．2BIlB.eq \r(3)BIl
C．BIlD.eq \f(\r(3),2)BIl
4.(2024·贵州铜仁期末)如图所示，长为5 m的直导线折成边长相等、夹角为120°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝0.2 T。当在导线中通以电流I＝2 A时，该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A．1 NB．2 N
C.eq \r(3) ND．2eq \r(3) N
5.(2023·江苏高考)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。该导线受到的安培力为( )
A．0B．BIl
C．2BIlD.eq \r(5)BIl
6.如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长为L、宽为d的矩形线圈，线圈所在位置的磁感应强度为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 θB．nBILcs θ
C．nBIdD．nBIL
7.(2024·山东潍坊期末)如图所示，在空间中分布着沿x轴正方向、磁感应强度大小为B的匀强磁场，将一金属导线制成半径为r的eq \f(3,4)圆环放置在xOy平面内。当圆环中通过由a到b的电流I时，圆环受到的安培力大小和方向分别为( )
A．BIr，垂直xOy平面向里
B．BIr，垂直xOy平面向外
C.eq \r(2)BIr，垂直xOy平面向外
D.eq \r(2)BIr，垂直xOy平面向里
8．(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表，这种电流表的构造如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的恒定电流(b端电流方向垂直于纸面向内)时，下列说法正确的是( )
A．线圈左边受到向上的安培力，右边受到向下的安培力
B．线圈左、右两边受到的安培力方向相同
C．线圈转到不同位置受到的安培力大小不同
D．电流表表盘刻度均匀
9.如图所示，水平放置的U形导线框中接有电源，电流为I，匀强磁场方向垂直于导线框平面，磁感应强度大小为B，导线框间距为d，一导体棒与垂直于导线框的虚线成θ角放置，则导体棒所受安培力的大小和方向分别为( )
A．BId，方向水平向右
B.eq \f(BId,sin θ)，方向水平向右
C．BIdsin θ，方向垂直导体棒向左
D.eq \f(BId,cs θ)，方向垂直导体棒向右
10．在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。
B级——综合应用
11．(2024·浙江1月选考)磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是( )
A．图示左侧通电导线受到安培力向下
B．a、b两点的磁感应强度相同
C．圆柱内的磁感应强度处处为零
D．c、d两点的磁感应强度大小相等
12．如图甲所示为某电磁推进实验舰艇，该舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为M→N，此时加方向垂直MN所在平面的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则( )
A．所加磁场的方向应为水平向右
B．所加磁场的方向应为垂直纸面向外
C．所加磁场的方向应为垂直纸面向里
D．互换电源正负极的同时把磁场变为反向，能实现舰艇减速
13.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F，则整个线框所受安培力大小为( )
A.eq \f(3,2)F B.eq \f(4,3)F
C.eq \f(5,4)F D.eq \f(6,5)F
14.如图所示为电流天平，它的左、右两臂等长，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。重力加速度g取10 m/s2。
(1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式；
(2)当n＝9、l＝10.0 cm、I＝0.10 A、m＝8.78 g时，磁感应强度是多大？(保留两位有效数字)
课时跟踪检测答案
课时跟踪检测(一)
1．选B 安培力F总是与磁感应强度B和电流I决定的平面垂直，通电导线受安培力时，安培力F与磁感应强度B的方向和电流I的方向都是垂直的，但B与I可以垂直，也可以不垂直，故A、C、D错误，B正确。
2．选BC 将环形导线分割成无限个小段，每一小段看成直导线，根据左手定则可以判断，当电流沿顺时针方向时，线圈受到的安培力垂直纸面向外；当电流沿逆时针方向时，线圈受到的安培力垂直纸面向里，故B、C正确，A、D错误。
3．选C 由几何知识可知，该半圆形导线的有效长度为Lac＝2l，该导线受到的安培力大小为F＝BILacsin θ＝BIl，故选C。
4．选C 根据题意，由几何关系可得，该V形导线的有效长度为L′＝2·eq \f(L,2)sin 60°＝eq \f(5\r(3),2) m，则该V形通电导线受到的安培力大小为F＝BIL′＝0.2×2×eq \f(5\r(3),2) N＝eq \r(3) N，故选C。
5．选C bc段与磁场方向平行，不受安培力；ab段与磁场方向垂直，所受安培力大小为Fab＝BI·2l＝2BIl，则该导线受到的安培力大小为2BIl，故选C。
6．选D 转动过程中ab边与磁场方向始终垂直，根据安培力公式可得，转子的ab边所受的安培力大小为F＝nBIL，D正确。
7．选A 圆环在磁场中的等效长度为r，方向沿y轴正方向，则圆环受到的安培力大小为BIr，由左手定则可知，安培力方向垂直xOy平面向里，故选A。
8．选AD 由左手定则可知，线圈左边受到向上的安培力，右边受到向下的安培力，故A正确，B错误；线圈转到任意位置，线圈所在平面与磁感线平行，受到的安培力大小相同，故C错误；磁场是均匀辐向分布的，线圈转动过程中经过的各个位置的磁感应强度的大小不变，电流与转动角度成正比，故该电流表的刻度是均匀的，故D正确。
9．选D 导体棒中电流方向与磁场方向垂直，导体棒受到的安培力大小为F＝BIL＝eq \f(BId,cs θ)，由左手定则可知，安培力的方向垂直导体棒向右，故选D。
10.
11．选A 由左手定则可知，题图示左侧通电导线受到安培力向下，A正确；a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，B错误；磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，C错误；因c点处的磁感线较d点密集，可知 c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，D错误。
12．选B M、N间海水中电流方向为M→N，舰艇向右运动，则舰艇受到M、N间海水对其向右的作用力，根据牛顿第三定律可知，M、N间海水所受的安培力方向向左，再根据左手定则可知，磁场方向应为垂直纸面向外，故A、C错误，B正确；互换电源正负极的同时把磁场变为反向，根据左手定则可知，M、N间海水所受的安培力方向不变，不能实现舰艇减速，故D错误。
13．选D 根据题图，由电阻定律R＝ρeq \f(l,S)可知，另一边的阻值为ab边的5倍，结合并联电路分流规律可知，通过另一边的电流为ab边的eq \f(1,5)。由F＝BIL可知，另一边受到的安培力大小为eq \f(1,5)F，方向与ab边受到的安培力方向相同，因此整个线框所受安培力大小为F合＝F＋eq \f(1,5)F＝eq \f(6,5)F，故选D。
14．解析：(1)设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码的质量为m1，右盘内砝码和线圈的总质量为m2，则由等臂天平的平衡条件，有m1g＝m2g－nBIl，
电流方向改变后，同理可得(m＋m1)g＝m2g＋nBIl，
两式联立解得B＝eq \f(mg,2nIl)。
(2)将n＝9、l＝10.0 cm、I＝0.10 A、m＝8.78 g代入B＝eq \f(mg,2nIl)，解得B≈0.49 T。
答案：(1)B＝eq \f(mg,2nIl) (2)0.49 T