专题一：安培力作用下的运动和平衡问题 课后练

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册全册综合优秀课后作业题，共15页。试卷主要包含了4 TC等内容，欢迎下载使用。
专题一：安培力作用下的运动和平衡问题 课后练1. 关于通电直导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（   ）A. 通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用B. 安培力的大小与通电直导线和匀强磁场方向的夹角无关C. 匀强磁场中，将直导线从中点折成直角，安培力的大小可能变为原来的倍D. 两根通以同向电流的平行直导线之间，存在着相互吸引的安培力2. 某地的地磁场的磁感应强度大约是T，一根长为的导线，通入的电流，则该导线可能受到的磁场力可能为（    ）A.  B.  C.  D. 3. 如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的右上方附近固定有一根长直导线，导线中通与了方向垂直纸面向里（即与条形磁铁垂直）的电流，与原来没有放置通电导线时相比较，磁铁受到的支持力N和摩擦力f的变化情况是（　　）A. N减小了 B. N增大了C. f始终为0 D. f不为0，且方向向右4. 如图，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直磁场放置，将AB两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力为F，若将ACB边移走，则余下线框受到的安培力大小为（     ）A.    B.    C.    D.   5. 一种可测量磁感应强度大小的实验装置，如图所示．磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场．其余区域磁场的影响可忽略不计．此时电子测力计的示数为G1．将一直铜条AB水平且垂直于磁场方向静置于磁场中．两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成回路．闭合开关，调节滑动变阻器的滑片．当电流表示数为I时．电子测力计的示数为G2．测得铜条在匀强磁场中的长度为L．铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是（   ）A. 铜条所受安培力方向竖直向下     B. 铜条所在处磁场的磁感应强度大小为C. 铜条所在处磁场的磁感应强度大小为  D. 铜条所在处磁场的磁感应强度大小为6. 如图所示，两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设有大小不相等的电流按如图所示的方向进入两铝环，则两铝环的运动情况是（　　）A. 彼此靠近，加速度变大且两者的加速度大小时刻相等B. 彼此靠近，两者的加速度大小和速度大小不会时刻相等C. 彼此远离，加速度变小且两者的加速度大小时刻相等D. 彼此远离，两者的加速度大小和速度大小不会时刻相等7. 如图所示，原来静止的圆线圈可以自由移动，在圆线圈直径MN上靠近N点处放置一根垂直于线圈平面的固定不动的通电直导线，导线中电流从外向里流动．当在圆线圈中通以逆时针方向的电流I时，圆线圈将会(    )A. 受力向左平动 B. 受力向右平动C. 不受力，平衡不动 D. 以MN为轴转动8. 如图所示，通电直导线ab位于两平行导线横截面MN的连线的中垂线上，当平行导线通以同向等值电流时，以下说法中正确的是（　　）A. ab顺时针旋转     B. ab逆时针旋转C. a端向外，b端向里旋转   D. a端向里，b端向外旋转9. 如图，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有N匝，线圈由粗细均匀、单位长度质量为2克的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度B的方向与水平线成60°角，线圈中通过的电流为0.1 A，要使三条细线上的张力为零，重力加速度g取10 m/s2.则磁感应强度B的大小应为(　　)A. 4 T   B. 0.4 T   C.   D. 10. 将一倾斜的平行金属导轨固定在地面上,导轨的顶端接一电源和一滑动变阻器,在垂直导轨平面向下的方向上加一匀强磁场,在倾斜导轨上放一导体棒,导体棒与导轨接触良好且处于静止状态．现调节滑动变阻器使其接入电路的阻值减小,而整个过程中导体棒始终静止在导轨上,则(   ) A. 导体棒所受摩擦力可能一直增大 B. 导体棒所受摩擦力可能先减小后增大C. 导体棒所受摩擦力可能先增大后减小 D. 导体棒所受摩擦力可能始终为零11. 如图所示，两平行金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为E，内阻为r的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计。为使ab棒静止，需在空间施加的匀强磁场磁感强度的最小值及其方向分别为（　　）A. ，水平向右   B. ，垂直于回路平面向下C. ，竖直向下  D. ，垂直于回路平面向上12. 如图所示，质量为m、长为L的导体棒电阻为R，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则（　　）A. 导体棒向左运动        B. 开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为C. 开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为  D. 开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为13. 如图所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为（　　）A. tanθ，竖直向上 B. tanθ，竖直向下C. sinθ，平行悬线向下 D. sinθ，平行悬线向上 14. 如图，在倾角为α（α<45°）的光滑斜面上，与底边平行放置一根长为L、质量为m、通电电流为I的直导体棒．欲使此导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，在磁场方向由竖直向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，关于磁感应强度B的说法正确的是（重力加速度为g）（　　）A. 此过程中磁感应强度B逐渐增大    B. 此过程中磁感应强度B逐渐减小C. 此过程中磁感应强度B的最小值为 D. 此过程中磁感应强度B的最大值为15. 如图所示，O为圆心，和是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路(　　)A. 将向左平动        B. 将向右平动C. 将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动 D. KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动16. 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17. 如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有两根竖直放置的平行导轨AB、CD，导轨外面紧贴导轨放有质量为m的金属棒MN，棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。现从t＝0时刻起，给棒通以图示方向的电流，且电流大小与时间成正比，即I＝kt，其中k为正恒量。若金属棒与导轨始终垂直，则下列表示棒所受的摩擦力Ff随时间t变化的四幅图中，正确的是（　　）
 A.  B. C.  D. 18. 如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一平行金属导轨，导轨间距离L＝0.25 m，两导轨间接有滑动变阻器R和电动势E＝12 V、内阻不计的电池。垂直导轨放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数μ＝。整个装置放在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8 T。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在导轨上？导轨与金属棒的电阻不计，g取10 m/s2。 
 19. 电磁炮是利用磁场对电流的作用力把电能转化为机械能，使炮弹发射出去．如图所示，把两根长为s（s足够大）、互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为L、质量为M的金属架上，已知金属架与炮弹的运动过程中所受的总阻力与速度平方成正比，当有恒定的大电流I1通过轨道和金属架时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时的加速度为a，当有恒定的大电流I2通过轨道和金属架时，炮弹的最大速度为v2，则垂直于轨道平面的磁感应强度为多少？
参考答案1. CD【解析】AB．安培力，其中为电流方向与磁场方向的夹角，安培力的大小与通电直导线和匀强磁场方向的夹角有关．当时，就算有电流和磁场也不会有安培力，AB错误；C．当导线和磁场垂直时，导线受到的安培力大小为，将导线从中点折成直角，到导线的有效长度变为，故安培力变为原来的倍，C正确；D．根据电流与电流之间的相互作用可知，两根通以同方向电流的平行直导线之间，存在着相互吸引的安培力，D正确．2. AB【解析】当导线与磁场垂直时，则有即为导线在磁场中受到的磁场力的最大值，当导线与磁场方向平行时，，可知安培力的大小范围。故选AB。3. AD【解析】以导线为研究对象，由左手定则判断得知导线所受安培力方向斜向右下方；根据牛顿第三定律得知，导线给磁铁一个方向斜向左上方的力，则磁铁有向左运动的趋势，受到向右的摩擦力，同时磁铁对地面的压力减小，由牛顿第三定律可得，磁铁受到的支持力N减小。故选AD。4. D【解析】由左手定则可知各边所受的安培力如图所示．设电源电压为U，每节电阻丝的阻值为r，当把AB两端接入电压时，经过AC和CB的电流为：则安培力：经过AB的电流为：则安培力：由力的合成与分解可得：将ACB边移走之后：因此：故选D．5. C【解析】由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A错误；由牛顿第三定律可知，导体棒对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，由平衡知识可知：G2-G1=BIL，解得，选项C正确，BD错误；故选C.6. A【解析】根据电流间相互作用规律“通向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，两圆环应相互吸引，即彼此相向运动，再根据牛顿第二定律和牛顿第三定律可知，两圆环的加速度大小相等，两者的速度大小也会时刻相等，所以A正确，BCD错误．7. D【解析】长直导线通电后在它周围形成以导线上的点为圆心的圆形磁场区域，如图中虚线所示.圆形线圈就是在该磁场中的通过导体，要受到安培力作用，其方向可由左手定则判断出；圆线圈下半部分所在处磁场方向斜向上，所以受的安培力方向垂直纸面向外；上半部分线圈受的安培力垂直纸面向里.因此线圈以MN为轴转动，故D正确，ABC错误；故选D．8. C【解析】导线M和N的磁感线都是同心圆。因此对ab上半段，M导线的磁感线指向右下，可以用左手定则判断：a端受到向外的力。N导线的磁感线指向右上，也使a端受向外的力；同理也可以分析出b端受向里的力。从而使得a端转向纸外，b端转向纸里；
 故选C。9. B【解析】设圆环的半径为r，则圆环的质量为：m环=2πr×2×10-3kg磁场的水平分量为Bsin30°，环受到的安培力为：F=Bsin30°×I×2πr由于环所受向上的安培力等于环的重力，则有：2πr×2×10-3×10=Bsin30°×I×2πr解得：B=0.4TA．4 T，与结论不相符，选项A错误；B．0.4 T，与结论相符，选项B正确；C． ，与结论不相符，选项C错误；D．，与结论不相符，选项D错误；故选B。10. AB【解析】A．由左手定则可判断安培力沿斜面向上，电路的阻值减小,则回路中电流增大，安培力增大，如果开始时摩擦力沿导轨向下，则导体棒所受摩擦力一直增大，故A正确；B．如果原来摩擦力沿导轨向上，随着安培力的增大，则导体棒所受摩擦力先减小到零，后反向增大．故B说法正确．C．由前面分析可知导体棒所受摩擦力不可能先增大后减小    ，故C错误；D．假设导体棒所受摩擦力始终为零，随着安培力的增大，导体棒不可能一直静止，故D说法错误．11. B【解析】对导体棒受力分析，受重力、支持力和安培力，如图所示：从图象可以看出，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，磁感应强度最小，安培力的最小值为：FA=mgsinθ，故磁感应强度的最小值为：根据欧姆定律，有：E=I(R+r)故有：，根据左手定则，磁场方向垂直平面向下。故选：B12B【解析】A．开关闭合，由左手定则可知，磁感线穿过掌心，则大拇指向为垂直磁感线向右，从而导致导体棒向右运动。故A错误；BC．当开关闭合后，根据安培力公式F=BIL，与I=可得F= ，故B正确，C错误；D．当开关闭合后，安培力的方向与导轨成90∘−θ的夹角，再根据力的分解可得，合力大小，再由牛顿第二定律与安培力的大小可知，加速度故D错误；故选：B。13. D【解析】要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值。由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知安培力的最小值为Fmin=mgsinθ即IlBmin=mgsinθ得Bmin=sinθ方向应平行于悬线向上故选D。14. C【解析】对导体棒受力分析，受重力mg、支持力FN和安培力FA，三力平衡，合力为零，将支持力FN和安培力FA合成，合力与重力相平衡，如图所示：从图中可以看出，安培力FA先变小后变大，由于FA＝BIL，且电流I和导体棒的长度L均不变，故磁感应强度先减小后增大；由图可以看出当FA平行于斜面时有最小值BminIL＝mgsinα解得Bmin＝此过程中安培力竖直向上时最大，大小为mg，则B的最大值为故选C。15. D【解析】因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与电流一直平行，所以KN边、LM边均不受力．根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D正确．16. 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。17. C【解析】当Ff＝μBIL＝μBLkt<mg时，棒沿导轨向下加速；Ff＝μBLkt>mg时，棒沿导轨向下减速；在棒停止运动前，棒所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff＝μBLkt当棒停止运动时，摩擦力立即变为静摩擦力，大小为Ff＝mg故选C。18. 【答案】1.6 Ω≤R≤4.8 Ω【解析】
 当滑动变阻器R接入电路的阻值较大时，I较小，安培力F较小，金属棒在重力沿斜面的分力mgsin θ作用下有沿斜面下滑的趋势，导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向上，如图所示。金属棒刚好不下滑时有ILB＋μmgcos θ－mgsin θ＝0①I＝ ②联立①②解得R＝＝4.8 Ω当滑
 变阻器R接入电路的阻值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿斜面上滑的趋势，此时导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向下，如图所示。金属棒刚好不上滑时有BI′L－μmgcos θ－mgsin θ＝0③I′＝ ④联立③④解得R′＝＝1.6 Ω所以，滑动变阻器R接入电路的阻值范围应为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω。19. 【答案】【解析】速度为v1和v2时金属架与炮弹受到的阻力分别为Ff1＝kv12Ff2＝kv22电流I1通过轨道和金属架时，应用牛顿第二定律有BI1L－Ff1＝（M＋m）a炮弹速度为v2时，有BI2L－Ff2＝0联立解得B＝