高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册1 安培力课后练习题

第一章分层作业1　安培力

A级 必备知识基础练

1.一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直纸面向外的匀强磁场时,下列描述导线状态的四幅图正确的是(　　)

2.关于通电导线所受安培力F的方向、磁场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

3.在赤道上空水平放置一根通以由西向东的电流的直导线,则此导线(　　)

A.受到竖直向上的安培力

B.受到竖直向下的安培力

C.受到由南向北的安培力

D.受到由西向东的安培力

4.(2022浙江卷)利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素,导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变,改变电流I的大小,然后保持电流I不变,改变导线通电部分的长度L,得到导线受到的力F分别与I和L的关系图像,则下列图像正确的是(　　)

5.(多选)如图所示,有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b,分别通以80 A和100 A流向相同的电流,两导线构成的平面内有一点P,到两导线的距离相等。下列说法正确的是(　　)

A.两导线受到的安培力的关系为Fb=1.25Fa

B.导线所受的安培力可以用F=ILB计算

C.移走导线b前后,P点的磁场方向改变

D.在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内,不存在磁感应强度为零的位置

6.(多选)如图所示,长度L=10 cm的一段直导线ab,与磁场方向垂直放置在磁感应强度B=3×10-2 T的匀强磁场中。若在导线中通以I=10 A的电流,方向从b流向a,导线绕固定点O转动,已知lOa=3lOb,由图中位置在纸面内转动,则(　　)

A.图示位置时,安培力大小为3×10-2 N

B.由图示位置顺时针转过60°时,安培力大小为1.5×10-2 N

C.由图示位置顺时针转过90°时,安培力大小为0

D.由图示位置向纸面外转过90°时,安培力大小为0

7.(2023福建南平高二期末)用两根等长的绝缘细线悬吊一水平通电直导线MN,电流方向如图所示,已知导线的质量m=1 kg,长L=0.5 m,电流I=2 A,当在导线所在的空间中加一垂直纸面向里的匀强磁场且磁感应强度B=2 T时,导线处于静止状态。重力加速度g取10 m/s2。

(1)求单根细线上拉力F的大小。

(2)若将磁场改为垂直纸面向外、磁感应强度为B'的匀强磁场,导线仍处于静止状态,且单根细线上的拉力大小变为原来的2倍,求磁感应强度B'。

B级 关键能力提升练

8.(2023河南高二期末)如图所示,两根长直导线a、b相互平行放在绝缘水平面上,金属圆环固定在两直导线间的水平面上,圆环的圆心O在两直导线间的中线上,圆环和两直导线中均通有恒定电流,方向如图所示,a、b中电流大小相等,两导线处于静止状态。若导线a受到桌面的摩擦力大小为f1,导线b受到桌面的摩擦力大小为f2,则下列判断正确的是(　　)

A.f1的方向水平向左,f2的方向水平向右

B.f1的方向水平向右,f2的方向水平向左

C.f1大于f2

D.f1和f2大小相等

9.(2023上海浦东高二期末)如图所示,用绝缘细线悬挂一个导线框,导线框是由两同心半圆弧导线和在同一条水平直线上的直导线 EF、GH 连接而成的闭合回路,导线框中通有图示方向的电流,处于静止状态。在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线O。当O中通以垂直纸面方向向里的电流时(　　)

A.导线框保持静止状态

B.若沿着电流方向看,长直导线O产生的磁场方向为逆时针方向

C.半圆弧导线ECH受到的安培力大于半圆弧导线FDG受到的安培力

D.从上往下看,导线框将顺时针转动

10.(2023山西忻州高二期末)如图所示,两根通电长直导线a、b平行放置,a、b中的电流分别为I和2I,此时a受到的安培力大小为F,当在a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后,a受到的安培力大小变为2F,则此时b受到的安培力大小可能为(　　)

A.F B.3F

C.4F D.6F

11.(多选)(2023重庆南坪中学高二期末)常导磁吸式磁悬浮列车是利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁线圈和铺设在线路导轨上的磁铁,在两者的相互作用下产生的吸引力使车辆浮起,轨道磁铁受列车速度影响,速度大磁性强,轨道磁铁外部磁感应强度随距离增大而减小。列车运行时,通过精确控制车身线圈中的电流I磁,形成稳定的吸引力,使车体与轨道之间始终保持10 mm的悬浮气隙,如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.车身悬浮时受到的竖直方向的安培力大小等于重力大小

B.当悬浮间隙小于10 mm时,应增大电流I磁

C.列车满载时悬浮较空载时所需的电流I磁小

D.列车高速时更难悬浮

12.如图所示,两平行导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,导轨的一端接有电动势E=3 V、内阻r=0.5 Ω的直流电源,两导轨间的距离L=0.4 m,在导轨所在空间内分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量m=0.08 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒始终与金属导轨垂直且接触良好,导体棒的电阻R=1.0 Ω,导体棒恰好刚要滑动,金属导轨电阻不计,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:

(1)导体棒受到的安培力;

(2)导体棒与导轨间的动摩擦因数μ。

参考答案

第一章　磁场对电流的作用

分层作业1　安培力

1.D　解析 根据左手定则可判断出A选项中导线所受安培力为零,B选项中导线所受安培力垂直纸面向里,C、D选项中导线所受安培力向右,由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知,D正确。

2.B　解析 安培力F总是与磁场B和电流I所决定的平面垂直,但磁场B与电流I(导线)可以垂直,也可以不垂直,故A、C、D错误,B正确。

3.A　解析 赤道上空的地磁场方向是由南向北的,电流方向由西向东,画出此处磁场和电流的方向图如图所示,由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的,选项A正确。

4.B　解析 根据F=BIL可知先保持导线通电部分的长度L不变,改变电流I的大小,则F-I图像是过原点的直线。同理保持电流I不变,改变通电部分的长度L,则F-L图像是过原点的直线。故选B。

5.BCD　解析 两导线受到的安培力是相互作用力,大小相等,故A错误;导线所受的安培力可以用F=ILB计算,因为磁场与导线垂直,故B正确;移走导线b前,导线b的电流较大,则P点磁场方向与导线b产生的磁场方向相同(向里),移走导线b后,P点磁场方向与导线a产生的磁场方向相同(向外),故C正确;在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内,两导线在任意点产生的磁场均不在同一条直线上,故不存在磁感应强度为零的位置,故D正确。

6.ABC　解析 图示位置时,F安=BIL=3×10-2N,A正确;由图示位置顺时针转过60°时,F安=BILsin30°=1.5×10-2N,B正确;由图示位置顺时针转过90°时,B∥I,F安=0,C正确;由图示位置向纸面外转过90°时,B⊥I,F安=BIL=3×10-2N,D错误。

7.答案 (1)4 N　(2)6 T

解析 (1)根据左手定则可知,通电直导线所受安培力竖直向上,根据平衡条件可得2F+BIL=mg

代入数据解得F=4N。

(2)若将磁场改为垂直纸面向外、磁感应强度为B'的匀强磁场,由左手定则可知通电直导线所受安培力竖直向下,根据平衡条件可得mg+B'IL=2F'

由题意可知F'=8N

代入数据联立解得B'=6T。

8.C　解析 根据右手螺旋定则可知,圆环在导线a处产生垂直纸面向外的磁场,导线b在导线a处也产生垂直纸面向外的磁场,对导线a,根据左手定则可知,其受到的安培力水平向右,所以摩擦力应水平向左,根据平衡条件有f1=(B环+Bb)IL;同理,圆环在导线b处产生垂直纸面向外的磁场,导线a在导线b处产生垂直纸面向里的磁场,其合磁场的方向可能垂直纸面向外,也可能垂直纸面向里,对导线b,其受到的安培力可能水平向左,也可能水平向右,所以摩擦力可能水平向右,也可能水平向左,根据平衡条件有f2=|B环'-Ba|IL,则f1>f2,故选C。

9.D　解析 当直导线O中通以垂直纸面方向向里的电流时,由安培定则可判断出长直导线O产生的磁场方向沿着电流方向看为顺时针方向,故B错误;磁感线是以O为圆心的同心圆,半圆弧导线与磁感线平行不受安培力,故C错误;由左手定则可判断出直导线EF所受的安培力方向垂直纸面向里,直导线GH所受的安培力方向垂直纸面向外,从上往下看,导线框将顺时针转动,故A错误,D正确。

10.B　解析 没有放c之前,a、b之间的作用力大小为F,由于两导线的电流方向相同,所以两导线间为引力。放c之后,a受到的合安培力为2F,则c对a的作用力可能向右,大小为F;也可能向左,大小为3F。由于b的电流是a的2倍,所以c对b的作用力可能向左,大小为2F;也可能向右,大小为6F,所以b受到的合安培力向左、大小为3F或者向右、大小为5F。故选B。

11.AB　解析 根据平衡条件可知车身悬浮时受到的安培力大小等于重力大小,A正确;当悬浮间隙小于10mm时,应增大电流I磁,从而增大向上的安培力,保持10mm的悬浮间隙,B正确;列车满载时会使车重增加,要增大安培力稳定悬浮,根据F=BIL可知应增大电流,列车满载时I磁较大,C错误;轨道磁铁受列车速度影响,速度大,磁性强,根据F=BIL,列车高速时磁感应强度更大,安培力增大,更容易悬浮,D错误。

12.答案 (1)0.4 N,沿两导轨所在平面向上　(2)0.125

解析 (1)根据闭合电路欧姆定律得I=A=2A

导体棒受到的安培力为F安=BIL=0.4N

由左手定则可知,安培力沿两导轨所在平面向上。

(2)对导体棒受力分析,将重力正交分解,沿导轨方向有

F1=mgsin37°=0.48N

F1>F安

根据平衡条件可知,摩擦力沿斜面向上,所以有mgsin37°=F安+μmgcos37°

解得μ=0.125。