人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力同步测试题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力同步测试题，共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
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必须垂直于B、I,但B、I可以不相互垂直
C.B必须垂直于F、I,但F、I可以不相互垂直
D.I必须垂直于F、B,但F、B可以不相互垂直
2.在下列四幅图中,正确标明通电直导线所受安培力F方向的是( )
3.长度为l、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示。已知磁感应强度为B,对于下列各选项图中,导线所受安培力的大小计算正确的是( )
4.下列各图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和通电导线所受安培力F的方向,其中图示正确的是( )
5.如图所示,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架abcd。其中ab、cd边均与ad边成60°角,ab=bc=cd=L,长度为L的电阻丝电阻为R0,框架与一电动势为E、内阻r=0.8R0的电源相连接,垂直于框架平面有垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,则梯形框架abcd受到的安培力大小为( )
A.0B.LEBR0C.2ELB5R0D.3ELB5R0
6.如图所示,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为( )
A.2FD.0
7.如图所示,位于纸面内的细直导线长l=5 m,通有I=3 A的恒定电流,平行于纸面水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=2 T。当导线与B成60°夹角时,发现其受到的安培力为零,则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B'的可能值为( )
A.32 TB.12 TC.23 TD.33 T
8.如图所示,把一根通电的硬直导线ab,用轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间,导线a端所受安培力的方向是( )
A.向上
B.向下
C.垂直纸面向外
D.垂直纸面向里
二、多选题
9.关于磁电式电流表,以下说法正确的是( )
A.指针稳定后,螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的
B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力大小与电流大小有关,而与所处位置无关
10.通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,ab边与MN平行。关于电流I的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是( )
A.线框有两条边所受的安培力方向相同
B.线框有两条边所受的安培力大小相等
C.线框所受的安培力的合力方向向左
D.线框所受的安培力的合力方向向右
11.下列关于磁电式电流表的说法正确的是( )
A.磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈
B.表盘的刻度是不均匀的
C.根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向
D.优点是灵敏度高,缺点是允许通过的电流很弱
三、非选择题
12.如图所示,放在马蹄形磁体两极之间的导体棒ab处于水平,当通有自b到a的电流时,导体棒受到方向向右、大小F=1 N的安培力的作用,已知导体棒在马蹄形磁体内部的长度l=5 cm,通过导体棒的电流大小I=10 A。求:
(1)导体棒中的电流在其右侧位置所形成的磁场的方向;
(2)马蹄形磁铁中导体棒所在位置的磁感应强度B的大小。
13.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,MN与PQ之间的宽度为l,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为θ且指向右上方,如图所示。
(1)当ab棒静止时,受到的支持力和摩擦力的大小各为多少?
(2)若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少?此时B的方向如何?
14.质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2 m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的滑片,为使杆ab静止不动,则通过杆ab的电流范围为多少?g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。
标准答案
一、单选题
1.答案:B
2.答案:B
解析:根据左手定则判断可知,选项A中通电直导线所受安培力的方向竖直向下,选项B中通电直导线所受安培力的方向竖直向下,选项C中通电直导线所受安培力的方向竖直向下,选项D中通电直导线所受安培力的方向垂直纸面向外。选项B正确。
3.答案:A
解析:选项A图中,导线不和磁场垂直,故F=IlBcs θ,选项A正确。选项B图中,导线和磁场方向垂直,故F=IlB,选项B错误。选项C图中,导线和磁场方向垂直,故F=IlB,选项C错误。选项D图中,导线和磁场方向垂直,故F=IlB,选项D错误。
4.答案:C
解析:选项A中电流方向与磁场方向平行,导线不受安培力,故选项A错误。选项B中导线所受安培力的方向应是垂直导线向下的,故选项B错误。选项C中导线所受安培力的方向是垂直导线向上的,故选项C正确。选项D中电流方向与磁场方向平行,导线不受安培力作用,故选项D错误。
5.答案:B
解析:因为abcd部分的电阻为3R0,而ad部分的电阻为2R0,可知并联电阻为R=3R0×2R03R0+2R0=1.2R0,电路总电流I=ER+r=E2R0。对线框的整体研究,则整个线框受安培力为F=I·2LB=ELBR0,故B正确。
6.答案:B
解析:设每根导体棒的电阻为R,长度为l,则外电路中,上、下支路电阻之比为R1∶R2=2R∶R=2∶1,上、下支路电流之比为I1∶I2=1∶2。如图所示,由于上面支路受到安培力的有效长度也为l,根据安培力公式F=IlB,可知F上∶F下=I1∶I2=1∶2,得F上=12F,根据左手定则可知,两力方向相同,故线框MLN受到的安培力大小为F上+F下=1.5F,选项B正确。
7.答案:C
解析:通电导线所受安培力为零,则电流方向与磁场方向平行,说明该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B'与B的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向,由平行四边形定则可知,当B'的方向与合磁场方向垂直时,B'最小,最小值为Bsin 60°=3 T,则B'≥3 T,所以B'的可能值为23 T,选项C正确,A、B、D错误。
8.答案:D
解析:闭合开关S瞬间,由右手定则知螺线管右端为N极、左端为S极,螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方,由左手定则可知,导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里,选项D正确。
二、多选题
9.答案:ABD
解析:螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向相反,线圈才能停止转动,使指针稳定。电流表内磁场是均匀辐向磁场,在线圈转动的范围内,不管线圈转到什么位置,它的平面都跟磁感线平行,线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等,安培力大小与电流大小有关,而与线圈所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针偏转的角度越大。选项A、B、D正确,C错误。
10.答案:BD
解析:由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外,再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等,方向相反。ab边受到向右的安培力Fab,cd边受到向左的安培力Fcd。因ab边所在处的磁场强,cd边所在处的磁场弱,故Fab>Fcd,线框所受合力方向向右,选项B、D正确,A、C错误。
11.答案:ACD
解析:磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈,选项A正确。极靴与软铁之间的磁场都沿半径方向,线圈无论转到什么位置,它的平面都跟磁感线平行,因此刻度盘的刻度均匀,选项B错误。线圈中电流方向改变时,安培力的方向改变,指针的偏转方向改变,选项C正确。磁电式电流表的优点是灵敏度高,缺点是允许通过的电流很弱,选项D正确。
三、非选择题
12解:(1)由安培定则可知,导体棒中的电流在其右侧所形成的磁场方向竖直向上。
(2)由公式F=IlB可知B=FIl=110×0.05 T=2 T。
13.解:金属棒受力分析如图所示。
(1)水平方向,Ff=F安sin θ①
竖直方向,FN+F安cs θ=mg②
又F安=BIl=BERl③
联立①②③得FN=mg-BlEcsθR,Ff=BlEsinθR。
(2)要使ab棒所受支持力为零,且让磁感应强度最小,可知安培力竖直向上,则有F安'=BminlER=mg,解得Bmin=mgREl,根据左手定则判定磁场方向水平向右。
14.解:图甲、乙是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图。
根据甲图列式如下:
F1-mgsin θ-Ff1=0
FN-mgcs θ=0
Ff1=μFN,F1=BImaxd
解上述方程得Imax=0.46 A
根据乙图列式如下:
F2+Ff2-mgsin θ=0
FN-mgcs θ=0
Ff2=μFN
F2=BImind
解上述方程得Imin=0.14 A
因此通过杆ab的电流范围是0.14~0.46 A。