人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力精品同步练习题

1.1磁场对通电导线的作用力 课后练

1. 如图所示，蹄形磁铁用柔软的细线悬吊在天花板上，在磁铁两极的正下方固定着一根水平直导线，当直导线通以向右的电流时（　　）

A. 磁铁的N极向纸外、S极向纸内转动，绳子对磁铁的拉力减小

B. 磁铁的S极向纸外、N极向纸内转动，绳子对磁铁的拉力减小

C. 磁铁的N极向纸外、S极向纸内转动，绳子对磁铁的拉力增大

D. 磁铁的S极向纸外、N极向纸内转动，绳子对磁铁的拉力增大

2. 如图所示，一条形磁铁放在水平地面上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁场垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时（　　）

A. 磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用

B. 磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用

C. 磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用

D. 磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用

3. 如图所示，三根长为L的直线电流在空间构成等边三角形，电流的方向垂直纸面向里，电流大小均为I，其中A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小分别为B0，导线C位于水平面上且处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力的大小和方向是（　　）

A. ，水平向左   B. ，水平向右

C. ，水平向左   D. ，水平向右

4. 如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中通有同方向的电流I和3I，此时a受到的磁场力为F，若在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，且通入与a、b同方向电流后，a受到的磁场力变为2F，则此时b受到的磁场力为（　　）

A. F B. 2F C. 3F D. 4F

5. 长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，当B方向竖直向上，电流为I1时导体处于平衡状态，若B方向改为垂直斜面向上，则电流为I2时导体处于平衡状态，电流比值应为（　　）

A.  B.  C.  D.

6. 如图是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁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，通以图示方向的电流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. 线圈平面总与磁场方向垂直

C. 线圈将逆时针转动

D. 线圈将顺时针转动

7. 如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ＝30°，金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好．整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中．当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态．要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是(　　)

A. 增大磁感应强度B

B. 调节滑动变阻器使电流增大

C. 增大导轨平面与水平面间的夹角θ

D. 将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变

8. 如图，材质相同、粗细均匀的正方形导体框ABCD，垂直放置于匀强磁场中，将CD两点接到电源两端，CD段受到的安培力为F，则此时导体框受到的安培力的合力大小为（　　）

A.  B.  C. 2F D. 3F

9. 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ．如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是（　　）

A. 棒中的电流变大，θ角变大   B. 两悬线等长变短，θ角变小

C. 金属棒质量变大，θ角变大   D. 磁感应强度变大，θ角变小

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MN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. 一个可以自由运动的线圈和一个固定的线圈互相垂直绝缘放置且两线圈的圆心重合，当两线圈都通过如图所示方向的电流时，从左向右看，线圈将（　　）

A. 静止不动 B. 顺时针转动

C. 逆时针转动 D. 向纸外平动

12. 如图，在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨CD、EF，导轨上放有一金属棒MN．现从t=0时刻起，给棒通以图示方向的电流且电流强度与时间成正比，即I=kt，其中k为常量，金属棒与导轨始终垂直且接触良好．下列关于棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图象，可能正确的是（　　）

A.   B.  

C.   D.

13. 如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为外侧圆弧的圆心。两金属轨道之间的宽度为0.5m，匀强磁场方向如图所示，大小为0.5T。质量为0.05 kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以2A的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道由静止开始向右运动。已知MN＝OP＝1 m，则（g取10 m/s2）（　　）

A. 金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2

B. 金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/s

C. 金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2

D. 金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75N

14. 如图所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源．将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直，已知通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止．

（1）求磁场对导体棒的安培力的大小；

（2）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值和方向．

15. 如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω．已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm，重力加速度大小取10m/s2．判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量．

参考答案

1. C

【解析】

先判断导线的受力，把导线分为左右两部分，由左手定则知导线左侧受力向内、右侧受力向外．导线与磁铁间的磁场力作用力与反作用力，可判断磁铁N极受力向外，S极受力向内，转动过程中，磁场逐渐与电流方向垂直，磁场力增加，故绳子对磁铁的拉力增大，C对．

2. C

【解析】

根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向，在根据左手定则判断安培力方向，如图：

根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向右下方；选取磁铁为研究的对象，磁铁始终静止，如图所示：

磁铁始终静止，根据平衡条件，可知通电后支持力变大，方向竖直向上，静摩擦力变大，方向向左；最后再根据牛顿第三定律，磁铁对桌面的压力增大。

故选C。

3. B

【解析】

A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小分别为B0，根据力的平行四边形定则，结合几何的菱形关系，则有：

再由左手定则可知，安培力方向水平向左，大小为

由于导线C位于水平面处于静止状态，所以导线C受到的静摩擦力大小为，方向水平向右；
故选B。

4. D

【解析】

开始时ab受力均为F，相互吸引；加入c后，a受到向右的吸引力，磁场力为2F，则说明a受到c的磁场为F；根据磁场的对称性可知，b处磁场与a处磁场大小方向相反；故 b受磁场力大小为3F，方向向左；则可知b受合力为
 

3F+F=4F

故选D。

5. A

【解析】

若磁感应强度竖直向上，根据左手定则可知安培力水平向右，根据平衡条件

若磁感应强度垂直斜面向上，根据左手定则可知安培力沿斜面向上，根据平衡条件

则

故选A。

6. D

【解析】

A．该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；

B．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误；

CD．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故C错误，D正确。

故选D。

7. AB

【解析】

A．根据初始条件受力分析知，因此增大磁感应强B，安培力增大，金属棒能沿斜面向上运动，A正确；
B．若增大电流，则安培力将增大，金属棒将向上运动，B正确；
C．增大倾角θ，重力分力沿斜面向下分力，金属棒将向下运动，C错误；
D．将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变，安培力将沿斜面向下，因此金属棒将向下运动，D错误；
故选AB．

8. B

【解析】

均匀的电阻丝组成的正方形导体框，电阻丝CBAD阻值是电阻丝CD阻值的3倍，电阻丝CD与电阻丝CBAD并联，所以电阻丝CBAD中电流是电阻丝CD中电流的；电阻丝CBAD在磁场中的有效长度与电阻丝CD的长度相等，则电阻丝CBAD所受安培力是电阻丝CD所受安培力的，即电阻丝CBAD所受安培力为F；电阻丝CD与电阻丝CBAD所受安培力的方向相同，所以三根电阻丝受到的安培力的合力：

。

故选B。

9. A

【解析】

导体棒受力如图所示，

导体棒平衡，可得：

；

A．棒中电流I变大，θ角变大，故A正确；

B．两悬线等长变短，θ角不变，故B错误；

C．金属棒质量变大，θ角变小，故C错误；

D．磁感应强度变大，θ角变大，故D错误．

故选A．

10. 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所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故Fab＞Fcd，线框所受合力方向向右。

故选BD。

11. B

【解析】

根据安培定则，可判断线圈中心轴线上磁场方向竖直向上，由左手定则可知线圈上部分所受安培力垂直纸面向外，线圈下部分所受安培力垂直纸面向里，则从左向右看，线圈将顺时针转动，所以B正确；ACD错误；

故选B。

12. BD

【解析】

AB.当从t=0时刻起，金属棒通以电流I=kt，则由左手定则可知，安培力方向垂直纸面向里，使其紧压导轨，则导致棒在运动过程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在减小，由于速度与加速度方向相同，则做加速度减小的加速运动．

当滑动摩擦力等于重力时，加速度为零，则速度达到最大，其动能也最大．

当安培力继续增大时，导致加速度方向竖直向上，则出现加速度与速度方向相反，因此做加速度增大的减速运动．故A错误，B正确；

CD.速度与时间的图象的斜率表示加速度的大小，由于加速度先向下减小，后向上增大，故C错误，D正确；

故选BD

13. D

【解析】

A．金属细杆在水平方向受到安培力作用，安培力大小为

金属细杆开始运动时的加速度大小为

故A错误；

B．金属细杆从M点到P点的运动过程，安培力做功为

重力做功为

设金属细杆运动到P点时的速度大小为v，由动能定理得

解得

故B错误；

C．金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为

故C错误；

D．在P点对金属细杆，由牛顿第二定律得

解得

每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75 N，由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N，D正确。

故选D。

14. 【答案】（1）mgtan α　（2）　垂直轨道平面斜向上

【解析】

（1）导体棒受力如图所示

根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小F安＝mgtan α.

（2）要使磁感应强度最小，则要求安培力最小．根据受力情况可知，最小安培力F安min＝mgsin α，方向平行于轨道斜向上

所以最小磁感应强度Bmin＝ ＝

根据左手定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上．

15.【答案】

【解析】

金属棒通电后，闭合回路电流

导体棒受到安培力

根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下

开关闭合前

开关闭合后