新教材2023年秋高中物理第1章安培力与洛伦兹力素养提升练1安培力作用下导体的运动新人教版选择性必修第二册

素养提升练(一)安培力作用下导体的运动一、选择题1．(多选)把轻质的导线圈用绝缘细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心且在同一平面内，如图所示。当线圈通过图示电流时，线圈将()A．发生转动同时离开磁铁B．发生转动同时靠近磁铁C．静止不动D．从上往下看顺时针转动2．质量为0.5kg的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置，金属杆上通以I＝4A的恒定电流，方向如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面竖直向上，金属杆与轨道间的动摩擦因数为0.2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。金属杆恰好不发生移动，则匀强磁场的磁感应强度B的大小为()A．2.0T B．1.0TC．0.50T D．0.25T3．(多选)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是()A．均向左B．均向右C．a的向左，b的向右D．a的向右，b的向左4．(多选)(2022·广东佛山九江中学高二期中)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1m，轨道间有磁感应强度为1×103T方向竖直向上的匀强磁场，炮弹(含相关附件)总质量为0.5kg，当电路中通20A的恒定电流时，炮弹从轨道左端开始加速，然后从轨道右端发射出去。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．电流从b端流入a端流出C．炮弹的加速度大小为1×104m/s2D．炮弹的加速度大小为4×104m/s25．abcd是边长为d、质量为m、粗细均匀的正方形金属线框，用间距为d2的两根竖直金属线悬吊着，处于静止状态，ab边水平，线框处在垂直于线框平面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，通过金属线给线框通电，电流方向如图所示，电流大小为I，线框仍处于静止状态，重力加速度为g，则每根金属线的张力大小为(A．12B．12C．12D．126．如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关S的瞬间()A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大7．(多选)(2022·北京二中高二期中)如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2，已知I1>I2，方向均向上。若用F1和F2分别表示导线M与N受到的磁场力，则下列说法正确的是()A．两根导线相互吸引B．为判断F1的方向，需要知道I1和I2的合磁场方向C．两个力的大小关系为F1>F2D．仅增大电流I2，F1、F2会同时都增大8．(2022·广东广州高二期中)如图所示，在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一所受重力为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场的大小方向可变。要使金属棒静止，磁感应强度的最小值为()A．12T B．C．32T D．39．(2022·湖南卷)如图甲所示，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是()A．当导线静止在图甲右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tanθ与电流I成正比D．sinθ与电流I成正比二、非选择题10．如图所示，平行金属导轨间距l＝0.4m，其所在平面与水平面夹角θ＝37°，且处于磁感应强度B＝0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场中。金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.5Ω的直流电源。现把一根质量m＝0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，此时导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨两接触点间的电阻之和为R＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求流经导体棒的电流大小；(2)求导体棒受到的摩擦力大小及方向；(3)不改变磁感应强度大小，在垂直导体棒的平面内，将磁场沿顺时针方向缓慢转过角度α，使导体棒和金属导轨之间的摩擦力恰好为0，求角度α的大小。11．(2022·河南宜阳第一高级中学高二阶段练习)如图所示，两平行导轨间距为l＝0.5m，导轨电阻忽略不计。导体棒ab质量为m＝60g，电阻为R＝1Ω，与导轨竖直部分接触良好。已知电源电动势为E＝3V，内阻为r＝0.5Ω，定值电阻R0＝1.5Ω。在导体棒所在空间加一匀强磁场(图中仅用一根磁感线表示)，磁场方向垂直于导体棒，且与竖直方向夹角为θ＝37°，导体棒始终处于静止状态，已知重力加速度g取10m/s2，则：(1)若导轨竖直部分光滑，求磁感应强度B的大小；(2)若导轨竖直部分与导体棒间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，求磁感应强度B的取值范围。12．如图所示，两个不计电阻的金属圆环表面光滑，已知环半径为1.0m，竖直固定在天花板上，金属环面平行，相距0.1m，两环之间有方向竖直向上、磁感应强度为0.5T的匀强磁场，两环分别与电源正负极相连。现将一质量为0.06kg的导体棒轻放在环的最低点，导体棒与环有良好电接触，重力加速度g＝10m/s2，当开关闭合后，导体棒能沿金属圆环上滑。(1)当导体棒滑到最高点时，导体棒跟环心的连线与竖直向下的方向夹角为37°，通过导体棒的电流为多大？(2)电源电动势为3V，电源内阻为0.25Ω，则导体棒电阻为多大？(3)导体棒最终静止在金属圆环某一位置不动，在此位置上棒对每一个环的压力为多少？(结果可用根式表示)素养提升练(一)123456789BDDCDBDADADCD1．BD[将导线圈等效为正方形线圈时，在磁场中，左、右两边分别受向内和向外的安培力，又由右手螺旋定则可知，线圈向外一面为S极，因为异名磁极相互吸引，因此从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时靠近磁铁，故B、D正确。]2．D[由左手定则判断安培力方向向左，根据平衡条件可得BIl=μmg，解得B=0.25T，故D正确，A、B、C错误。]3．CD[由右手螺旋定则可知，若a、b两导线的电流方向相同，在矩形线框上、下边处产生的磁场方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向相反，则矩形线框上、下边所受的安培力方向相同，所以不可以平衡，则要使矩形线框静止，a、b两导线的电流方向相反，故C、D正确。]4．BD[由左手定则可知，电流从b端流入a端流出，A错误，B正确；炮弹的加速度大小为a=BIlm=103×20×10.5m/s2=4×104m/s5．A[根据左手定则可知，正方形金属线框受到总的安培力方向向下，安培力的大小为FA=BI×12d=12BId，因此每根金属线的张力大小为F=12mg+14BId6．D[当开关S接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时A端受力指向纸内，B端受力指向纸外，故导线将转动，由特殊位置法知当导线转到与磁感线垂直时，整个导线受到的磁场力方向竖直向下，故悬线张力变大，D正确。]7．AD[运用结论解题，平行直导线，同向相互吸引，反向相互排斥，A正确；磁场力F1的方向，根据左手定则来判断，由I2产生的磁场的方向与I1的电流方向共同决定，但不需知道合磁场的方向，故B错误；磁场力F1和F2是两导线相互作用力，所以一定满足等大反向共线，故C错误；在仅增大电流I2时，I2产生的磁场也会相应增大，所以F1会增大，又由于两相互作用力始终满足F1=F2，所以，两力会同时增大，故D正确。]8．C[金属棒受到重力、支持力和安培力，根据力的三角形法则，当安培力和支持力垂直时，安培力最小，则有BIl=mgsin60°，磁感应强度的最小值为B=mgsin60°Il=3×323×19．D[当导线静止在图甲右侧位置时，对导线受力分析有可知要让安培力为图示方向，则导线中电流方向应由M指向N，A错误；由于与OO'距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，有sinθ=BIlmg，FT=mgcosθ，则可看出sinθ与电流I成正比，当I增大时θ增大，则cosθ减小，静止后，导线对悬线的拉力FT减小，B、C错误，D正确。10．解析：(1)根据闭合电路的欧姆定律可得：I=E代入数据解得：I=1.5A。(2)安培力F=BIl=0.3N，方向沿斜面向上根据平衡条件可得：mgsin37°+Ff=F代入数据解得Ff=0.06N，方向沿斜面向下。(3)摩擦力为零，根据平衡条件可得：mgsin37°=Fcosα代入数据解得：α=37°。答案：(1)1.5A(2)0.06N，方向沿斜面向下(3)37°11．解析：(1)由受力分析得BIlsinθ=mg由闭合电路欧姆定律有I=ER+r+R0，联立解得B=(2)当B较小时，静摩擦力向上，则B1Ilsinθ+μB1Ilcosθ=mg解得B1=mgR+当B较大时，静摩擦力方向向下，则B2Ilsinθ-μB2Ilcosθ=mg，解得B2=mgR+故磁感应强度B的取值范围为1.2T≤B≤6T。答案：(1)2T(2)1.2T≤B≤6T12．解析：(1)设金