高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力课后复习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力课后复习题，共10页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．(2023·青海西宁市高二统考期末)关于安培力，下列说法正确的是( )
A．安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力
B．磁场对通电导线的作用力的方向一定与磁场方向垂直
C．放在匀强磁场中的通电导线一定受磁场的作用力
D．通电直导线跟磁场方向平行时作用力最大
2．(2023·贵州黔东南高二校考阶段练习)宇宙射线中含有大量带正、负电荷的粒子，若在赤道的上空，一束宇宙射线垂直射向地球表面，则这些粒子在进入地球周围的空间时，下列说法正确的是( )
A．带正电的粒子将向南偏 B．带负电的粒子将向北偏
C．带正电的粒子将向东偏 D．带负电的粒子将向东偏
3. (2022·安徽省定远中学校考阶段练习)如图所示，在纸面内水平放置两根长直导线AB和CD，只有一条导线中通有恒定电流。在纸面内，一电子由E点开始经过F运动到G的轨迹如图中曲线所示，下列说法中正确的是( )
A．导线AB中通有从A到B方向的电流
B．导线AB中通有从B到A方向的电流
C．导线CD中通有从C到D方向的电流
D．导线CD中通有从D到C方向的电流
4.(2022·上海奉贤区致远高级中学高二期末)在水平光滑桌面上平放一根条形磁体，在S极(右端)的上方有一根垂直于纸面放置的长直导线A，如图所示。当导线中通有垂直纸面向外的电流时，条形磁体( )
A．对桌面的压力减小，同时向左加速运动
B．对桌面的压力增大，同时向左加速运动
C．对桌面的压力减小，同时向右加速运动
D．对桌面的压力增大，同时向右加速运动
5．(2022·福建福州市高二期中)如图所示，两个完全相同、互相垂直的导体圆环Q、P(Q平行纸面，P垂直纸面)中间用绝缘细线连接，通过另一绝缘细线悬挂在天花板下，当Q有垂直纸面往里看顺时针方向的电流、同时P有从左往右看顺时针方向的电流时，关于两线圈的转动(从上向下看)以及细线中拉力的变化，下列说法中正确的( )
A．Q逆时针转动，P顺时针转动，Q、P间细线拉力变小
B．Q逆时针转动，P顺时针转动，Q、P间细线拉力变大
C．Q顺时针转动，P逆时针转动，Q、P间细线拉力变小
D．Q顺时针转动，P逆时针转动，Q、P间细线拉力变大
6.(2022·陕西大荔县教学研究室高二期末)国家标准铜芯线广泛应用于生产生活。其中双芯铜芯线的结构可简化为如图所示，cd和ef为两根相互平行的铜芯线，a、b两点位于两导线所在的平面内，b到两导线的距离相等，当流过两根铜芯线的电流大小相同，方向相反时，下列说法正确的是( )
A．a点磁场方向垂直纸面向外
B．b点的磁感应强度为零
C．cd导线受到的安培力方向向左
D．导线cd受到的安培力大于导线ef受到的安培力
7．(2023·山东烟台市高二期末)倾角为θ＝37°的固定斜面上水平放置一根质量为m＝0.1 kg、长度L＝1 m的长方体通电金属杆，金属杆中电流I方向如图所示，金属杆处在磁感应强度大小为B＝0.5 T、方向垂直于斜面向下的匀强磁场中，已知金属杆底面与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，要使金属杆保持静止，则金属杆中电流I的大小可能为( )
A．0.3 A B．0.8 A C．2.5 A D．3.2 A
8.如图所示，一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子(能够自由移动的带电粒子)就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。当磁场方向和电流方向如图所示时，下列说法正确的是( )
A．若只改变半导体薄片的厚度d，UH不变
B．若只改变半导体薄片的宽度b，UH不变
C．若将半导体薄片换成形状相同、载流子密度更大的导体薄片，UH变大
D．无论半导体中载流子带电性质如何，电极N的电势一定高于电极M的电势
二、多项选择题：本题共4小题，每小题7分，共28分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。
9.(2022·福建宁德市高二期末)如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图乙所示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则( )
A．该磁场是匀强磁场
B．线圈平面总是与磁场方向垂直
C．线圈将沿顺时针转动
D．a、b导线受到的安培力大小始终为IlB
10.(2023·重庆八中高二校考期末)某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈M、N水平固定，圆线圈P与M、N共轴且平行等距。初始时，线圈M、N通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是( )
A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流
B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流
C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流
D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流
11.如图所示为某科技爱好者设计的电磁炮模型示意图，水平发射轨道宽1.5 m，长7.5 m，发射的炮弹(含相关附件)总质量为50 g，当电路中通以20 A的恒定电流时，磁场方向如图所示，炮弹从轨道左端开始加速，然后从轨道右端以最大的速度v＝3×103 m/s发射出去。忽略一切阻力，下列说法正确的是( )
A．电流从a端流入b端流出
B．磁场的磁感应强度大小为1×103 T
C．炮弹的加速度大小为1×104 m/s2
D．炮弹的加速度大小为6×105 m/s2
12.(2022·福建莆田二中高二阶段练习)如图所示，质量为m的三根完全相同的导体棒垂直于纸面放置，其中a、b两导体棒放置在粗糙的水平面上，c导体棒被竖直的轻质弹簧悬挂，三根导体棒中均通入垂直纸面向里、大小相等的恒定电流后，呈等边三角形排列，且保持稳定。重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A．弹簧的弹力小于c导体棒的重力
B．水平面对a导体棒的摩擦力不为零
C．水平面对a导体棒的支持力小于eq \f(3,2)mg
D．若在水平面上对称地缓慢增大a、b导体棒间的距离，弹簧长度将增大
三、非选择题：本题共2小题，共24分。
13.(12分)(2022·黑龙江大庆中学高二期末)如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN，与水平面夹角为37°，固定在竖直平面内，垂直纸面向里的匀强磁场充满杆所在的空间，磁感应强度为B，杆与B垂直，质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的压力作用，压力大小为0.4mg，已知小环的带电荷量为q，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。问：
(1)小环带什么电？
(2)小环滑到P处时的速度多大？
(3)小环滑到距离P多远处，环与杆之间没有正压力？
14.(12分)如图所示，在磁感应强度大小B＝1.0 T、方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与水平面成θ＝37°角的导电滑轨，滑轨上垂直放置着一个可自由移动的金属杆。已知接在滑轨中的电源电动势E＝16 V，内阻r＝1 Ω。ab杆长L＝0.5 m，质量m＝0.2 kg，杆与滑轨间的动摩擦因数μ＝0.5，滑轨与ab杆的电阻忽略不计。
(1)判断金属杆所受安培力的方向；
(2)要使杆在滑轨上保持静止，滑动变阻器的阻值R在什么范围内变化？(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
答案精析
1．B [安培力是洛伦兹力的宏观表现，其本质都是磁场对运动电荷的作用，选项A错误；磁场对通电导线的作用力即安培力的方向与磁场方向一定垂直，选项B正确；放在匀强磁场中的通电导线，如果电流方向与磁场方向平行，则不受磁场的作用力，选项C错误；当通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大，选项D错误。]
2．C [因赤道上空的磁感线平行地面从南指向北，根据左手定则可知，带正电的粒子受洛伦兹力方向向东，则粒子将向东偏；同理可知带负电的粒子将向西偏。故选C。]
3．C [由于电子在运动的过程中，速度大小不变，根据r＝eq \f(mv,qB)，可知在F点处轨道半径较小，磁感应强度较大，一定是导线CD中通有电流，由于电子带负电荷，根据左手定则可知，F处的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知，导线CD中电流的方向从C到D。故选C。]
4．B [在磁体外部，磁感线从N极指向S极，长直导线在磁体的右上方，导线所在处磁场方向斜向右下方，导线中电流垂直于纸面向外，由左手定则可知，导线受到的安培力斜向右上方，由牛顿第三定律可知，导线对磁体的作用力斜向左下方，将该力沿竖直和水平方向分解，故对桌面的压力增大，同时向左加速运动，故选B。]
5．A [根据安培定则，将Q等效于S极在外、N极在里的小磁针，P等效于左侧S极、右侧N极的小磁针，根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的特点，P将顺时针转动，Q逆时针转动；转动后P、Q两环的电流的方向相同，所以两个圆环相互吸引，其间细线张力减小，故A正确，B、C、D错误。]
6．C [根据安培定则可知，cd中电流在a点产生的磁感应强度Ba1垂直纸面向里，ef中电流在a点产生的磁感应强度Ba2垂直纸面向外，而a点到cd的距离小于到ef的距离，所以Ba1大于Ba2，故a点的合磁感应强度方向垂直纸面向里；同理可知cd和ef中的电流在b点产生的磁感应强度方向均为垂直纸面向外，所以b点的合磁感应强度不为零，选项A、B错误；根据异向电流相斥可知cd导线受到的安培力方向向左，选项C正确；导线cd受到的安培力和导线ef受到的安培力是一对相互作用力，大小相等，选项D错误。]
7．B [根据左手定则可知，金属杆所受安培力沿斜面向上，若要使得金属杆恰不上滑，则BLImax＝mgsin θ＋μmgcs θ
解得Imax＝2 A
若要使得金属杆恰不下滑，则BLImin＋μmgcs θ＝mgsin θ
解得Imin＝0.4 A
则要使金属杆保持静止，则金属杆中电流I的大小可能为0.8 A。故选B。]
8．B [设半导体薄片的厚度为d，宽度为b，单位体积内的载流子个数为n，载流子定向运动的速度大小为v。根据平衡条件可得qeq \f(UH,b)＝qvB，根据电流的微观表达式可得I＝nqSv，其中S＝bd，联立解得UH＝eq \f(BI,nqd)，若只改变半导体薄片的厚度d，UH发生变化，故A错误；霍尔电压UH与b无关，若只改变半导体薄片的宽度b，UH不变，故B正确；若将半导体薄片换成形状相同、载流子密度更大的导体薄片，则单位体积内载流子个数n增大，所以UH变小，故C错误；如果载流子带负电，根据左手定则可知载流子向N电极偏转，则电极N的电势低于电极M的电势，故D错误。]
9．CD [匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等，方向处处相同，由题图乙可知，选项A错误；由题图可以看出，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误；在题图乙所示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，线圈将沿顺时针转动，选项C正确；由于磁感应强度大小不变，电流大小不变，则a、b导线受到的安培力大小始终为BIl，选项D正确。]
10．BC [当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，则需要使线圈P受到竖直向下的安培力，若P处磁场方向沿半径向外，由左手定则可知，可在P中通入负向电流，故A错误，B正确；若P处磁场方向沿半径向内，由左手定则可知，可在P中通入正向电流，故C正确，D错误。]
11．BD [由左手定则可知，电流从b端流入a端流出，选项A错误；发射炮弹过程，只有安培力做功，由动能定理得BILx＝eq \f(1,2)mv2—0，代入数据解得B＝1×103 T，故B正确；发射炮弹过程，根据牛顿第二定律得BIL＝ma，代入数据解得a＝6×105 m/s2，选项C错误，D正确。]
12．BC [三根导体棒的电流方向相同，根据“同向电流相吸，反向电流相斥”可知a导体棒和b导体棒对c导体棒都是吸引力，作用力的合力方向竖直向下，故弹簧的弹力大于c导体棒的重力，A错误；b、c导体棒对a导体棒的合力方向垂直bc向上，在水平方向的分力不为零，而a导体棒处于静止状态，根据受力平衡可知，水平面对a导体棒的摩擦力一定不为零，B正确；以a、b、c为整体，整体受到重力、水平面对a、b的支持力和弹簧弹力，根据对称性可知，水平面对a、b的支持力相等，弹簧弹力竖直向上，则有2FN＋F弹＝3mg，解得FN＝eq \f(3,2)mg－eq \f(F弹,2)13．(1)负电 (2)eq \f(2mg,5qB) (3)eq \f(2m2g,5q2B2)
解析 (1)假如没有磁场，小环对杆的压力大小为mgcs 37°＝0.8mg
然而此时小环对杆的压力大小为0.4mg，说明小环受到垂直杆向上的洛伦兹力作用，根据左手定则可知，小环带负电。
(2)设小环滑到P处时的速度大小为vP，在P点小环的受力如图所示
根据平衡条件得qvPB＋FN＝mgcs 37°
代入数据得，杆对小环的支持力大小为FN＝0.4mg
解得vP＝eq \f(mgcs 37°－FN,qB)＝eq \f(0.8mg－0.4mg,qB)＝eq \f(2mg,5qB)
(3)设小环从P处下滑至P′处时，对杆没有压力，此时小环的速度大小为v′，则在P′处，小球受力如图所示
由平衡条件得qv′B＝mgcs 37°
所以v′＝eq \f(mgcs 37°,qB)＝eq \f(4mg,5qB)
在小环由P处滑到P′处的过程中，
由动能定理得mgeq \x\t(PP′)sin 37°＝eq \f(1,2)mv′2－eq \f(1,2)mvP2
解得eq \x\t(PP′)＝eq \f(2m2g,5q2B2)。
14．(1)水平向右 (2)1 Ω≤R≤21 Ω
解析 (1)由左手定则可知金属杆所受安培力方向水平向右
(2)分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图，如图所示
当ab杆恰好不下滑时，如图甲所示，由平衡条件得
沿滑轨方向mgsin θ＝Ff1＋F安1cs θ
垂直滑轨方向FN1＝mgcs θ＋F安1sin θ
而F安1＝Beq \f(E,R1＋r)L，Ff1＝μFN1
联立解得R1＝21 Ω
当ab杆恰好不上滑时，如图乙所示，由平衡条件得
沿滑轨方向mgsin θ＋Ff2＝F安2cs θ
垂直滑轨方向FN2＝mgcs θ＋F安2sin θ
而F安2＝Beq \f(E,R2＋r)L，Ff2＝μFN2，解得R2＝1 Ω
所以，要使杆在滑轨上保持静止，滑动变阻器的阻值R取值范围是1 Ω≤R≤21 Ω。