2023高中物理第一章安培力与洛伦兹力11磁场对通电导线的作用力测试新人教版选择性

第一章安培力与洛伦兹力1磁场对通电导线的作用力【基础巩固】1.如图所示,通电导线在纸面内由Ⅰ位置绕垂直于纸面的固定轴转到Ⅱ位置,其他条件不变,该导线所受的安培力大小 ()A.变大 B.变小C.不变 D.不能确定解析:通电导线由Ⅰ位置绕固定轴转到Ⅱ位置,导线仍然与磁场垂直,故安培力F=IlB大小不变,故选项C正确.答案:C2.下图中分别标明了通电直导线中电流I、匀强磁场的磁感应强度B和导线所受安培力F的方向,其中正确的是 ()ABCD解析:A中,电流方向与磁感线方向平行,导线不受安培力作用,故选项A错误.根据左手定则,四指指向电流方向,磁场垂直穿过手心,拇指所指的方向即为通电导线受力的方向,可以判断选项B中安培力方向是竖直向下的,选项C中安培力方向竖直向上,选项D中安培力方向垂直于纸面向外,故选项C正确,选项B、D错误.答案:C3.垂直于纸面向外的匀强磁场中有一通电直导线,电流I的方向如图所示,则该导线所受安培力的方向()A.向上 B.向下C.垂直于纸面向里 D.垂直于纸面向外解析:由左手定则可知,电流水平向右,而磁场垂直于纸面向外,故安培力方向向下,选项B正确.答案:B4.(2021·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,导线垂直于匀强磁场方向放置.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,下列选项正确的是 ()ABC D解析:由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FI图像是过原点的直线.同理,保持电流I不变,改变通过电流部分的长度l,则Fl图像是过原点的直线.故选项B正确.答案:B5.在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中,垂直于磁场方向放入一根长为1m的通电直导线.若导线受到的安培力为2N,则导线中通过的电流为 ()A.1A D.4A解析:由题意得F=BIl,代入数据有I=FBl=2答案:D6.(多选)如图所示,在研究安培力的方向与哪些因素有关的实验中,要使导体棒的摆动方向改变,下列操作可行的是 ()A.增大导体棒中的电流B.减小磁感应强度C.颠倒磁体磁极的上下位置D.改变导体棒中电流的方向解析:安培力的方向与磁场方向和电流的方向都有关.颠倒磁体磁极的上下位置,导体棒的偏转方向改变,选项C正确.改变导体棒中的电流方向,会改变安培力的方向,故选项D正确.答案:CD7.一通电直导线垂直于磁场方向置于匀强磁场中,其所受安培力的大小为F.若仅将该磁场的磁感应强度增大为原来的2倍,则导线所受安培力将变为 ()A.12F B.14FC.2F D.解析:通电直导线垂直于磁场方向时,其所受安培力的大小为F=BIl,现磁感应强度变为原来的2倍,根据公式可知,安培力变为2F,故选项C正确.答案:C8.下列关于磁电式电流表的说法不正确的是 ()A.指针稳定后,螺旋弹簧形变产生的阻力大小与线圈中的电流大小成正比B.通电线圈中的电流越大,电流表指针的偏转角度越大C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力大小与电流大小有关,与所处位置无关解析:螺旋弹簧形变产生的阻力大小与线圈中的电流大小成正比.电流表内磁场是均匀辐向磁场,在线圈转动的范围内,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线圈所在各处的磁感应强度大小相等,方向不同,所以安培力与电流大小有关,而与所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针转过的角度越大.综上可知,选项A、B、D说法正确,选项C说法错误.答案:C9.如图所示,长l=60cm、质量m=6.0×102kg、粗细均匀的金属棒,两端用完全相同的绝缘弹簧挂起,放在磁感应强度B=0.4T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,若不计弹簧重力,g取10m/s2.(1)要使弹簧不伸长,金属棒中电流的大小和方向如何?(2)若在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2A的电流,金属棒下降x1=1cm;若通入金属棒中的电流仍为0.2A,但方向相反,这时金属棒下降了多少?解析:(1)要使弹簧不伸长,重力应与安培力平衡,所以安培力应竖直向上.据左手定则可知电流方向应向右.因为mg=BlI,所以I=mgBl=2.5A(2)在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2A的电流,金属棒下降x1=1cm,受力如图所示.由平衡条件得mg=BlI+2kx1.当电流反向时,由平衡条件得mg=BlI+2kx2.解得x2=1.17cm.答案:(1)2.5A向右(2)1.17cm【拓展提高】10.(2021·广东东莞)正方形线框LMNP由四段相同的导体棒a、b、c、d连接而成,固定在垂直于线框平面向里的匀强磁场中(图中未画出),线框顶点L、P与直流电源两端相接.已知导体棒d受到的安培力大小为F,则下列说法正确的是 ()A.导体棒a、b、c中的电流与导体棒d中的电流相等B.导体棒a受到的安培力大小为FC.导体棒a、b、c受到的安培力大小为3FD.线框LMNP受到的安培力大小为43解析:导体棒a、b、c的电阻之和是d的电阻的3倍,并联电压相等,所以电流不等,故选项A错误;根据I=UR可知,a中的电流大小是d的13,根据F=BIl可知,导体棒a受到的安培力大小为F3,故选项B错误;导体棒a、b、c的等效长度与d的长度相同,电流大小是d的13,根据F=BIl可知,它们受到的安培力大小为F3,故选项C错误;根据左手定则可知,a、b、c受到的安培力与d受到的安培力方向相同,所以线框LMNP答案:D11.如图所示,一根可以自由转动的通电导线ab,放在条形磁体附近,其中点恰好与磁体中线在同一平面内,电流方向由a到b,则导线ab ()A.不受磁场力作用B.垂直于纸面向外平移C.a端向外b端向里转动,且靠向磁体D.a端向里b端向外转动,且远离磁体解析:条形磁体的一条磁感线如图所示,由图示可知导线左侧所处的磁场方向斜向右上,导线右侧所处的磁场斜向右下,由左手定则可知,导线左侧受力方向垂直于纸面向外,导线右侧受力方向垂直于纸面向里,当导线转动后,由左手定则可得导线还受一个向下的力,即a端转向纸外,b端转向纸里,且靠近磁体,故选项C正确.答案:C12.如图所示,电阻均匀的圆环,固定于匀强磁场中,环平面与磁场方向垂直,M、N与电源相连,圆环的劣弧MGN对应的圆心角为90°,它所受的安培力大小为F,则整个圆环所受的安培力大小为 ()A.2F B.(2+1)FC.3+23F D.解析:由几何关系可知优弧的长度为劣弧长度的3倍,所以优弧的电阻是劣弧电阻的3倍,则通过优弧的电流为通过劣弧电流的三分之一,对这个圆环的优弧和劣弧来说,它们的等效长度相等且等于弦长,等效电流方向也相同,都是从M指向N,根据F=BIl可知优弧所受安培力大小为劣弧所受安培力的三分之一,方向相同,所以整个圆环所受安培力为F+13F=43答案:D13.以柔软导线绕成的矩形线圈放在光滑的水平面上,当给线圈通上电流时,其形状将 ()A.不变化 B.收缩在一起C.变成圆 D.变成曲线解析:当给矩形线圈通上电流时,线圈会产生垂直于线圈平面的磁场.任取线圈上的一个电流元为对象,根据左手定则,这个电流元受到一个向外的安培力,同理,其他电流元受到的安培力也向外,这些力将使线圈发生形变,直到变成圆.另外,根据电流方向相反,导线相互排斥的结论,线圈任一个电流元和与之对称的电流元电流方向相反,它们的安培力方向相反,且都向外,线圈受到向外的斥力,最终变成圆,故选项C正确.答案:C14.如图所示的天平可用来测量磁感应强度,天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽度为l=20.0cm,匝数N=10,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I=0.20A时(方向如图),调节砝码使天平达到平衡,此时m1>m2.当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m=10g的砝码后,天平重新平衡,g取10m/s2.由此可知 ()A.磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为0.25TB.磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为0.25TC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为0.125TD.磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为0.125T解析:线圈通入题图所示的电流,调节砝码使天平平衡时,由于m1>m2,线圈所受安培力向下,根据左手定则知磁感应强度的方向垂直于纸面向里.当电流方向反向时,安培力方向反向,变为竖直向上,相当于右边少了2倍的安培力大小,所以需要在右边加砝码.则有mg=2NBIl,解得B=mg2NIl=0答案:D【挑战创新】15.将质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示.现调节滑动变阻器的滑片,使杆ab静止,通过杆ab的电流范围为多少?sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2.解析:图甲、乙分别是电流最大和最小两种情况下杆a