2024-2025学年高中物理第三章磁场第2节磁吃通电导线的作用-安培力练习含解析教科版选修3-1

PAGE4-第2节磁场对通电导线的作用——安培力一、单项选择题1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线()A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力解析：赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，由左手定则推断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确．答案：A2.在如图所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为fa、fb，可推断这两段导线()A．相互吸引，fa>fbB．相互排斥，fa>fbC．相互吸引，fa<fb D．相互排斥，fa<fb解析：开关S闭合后，MM′、NN′中产生平行反向电流，据安培定则和左手定则可知，两导线相互排斥，A、C错．开关S置于b处时，两段导线中的电流较大，导线产生较强的磁场，对另一导线产生较大的安培斥力，即fa<fb，故B错，D对．答案：D3.在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示．过c点的导线所受安培力的方向()A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边解析：依据安培定则推断出c处合磁场方向与ab连线平行，方向向下，由左手定则可知安培力方向向左，故A、B、D错误，C正确．答案：C4．如图所示，匀称绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方旁边用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直，A导线中电流的方向垂直于纸面对里，开关S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A．水平向左 B．水平向右C．竖直向下 D．竖直向上解析：由安培定则判定通电螺线管上方磁场方向水平向右，再由左手定则判定通电直导线所受安培力的方向是竖直向下，选项C正确．答案：C5.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2相互绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，线圈L1将()A．不动 B．顺时针转动C．逆时针转动 D．向纸面内平动解析：解法一：利用结论法环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是从左向右看线圈L1顺时针转动．解法二：等效法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前N极指向纸内，因此应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动．答案：B二、多项选择题6．一根长为0.2m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A．0.4N B．0.2NC．0.1N D．0解析：当导线与磁场平行时，受到的磁场力为零，当导线与磁场垂直时，F＝BIl＝0.5×2×0.2＝0.2N，故选项B、C、D都有可能．答案：BCD7．图中装置可演示磁场对通电导线的作用．电磁铁上、下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动．下列说法正确的是()A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动解析：若a接正极，b接负极，则依据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，依据左手定则可知L向左运动，A错；若a接正极，b接负极，则依据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，依据左手定则可知L向右运动，B正确；若a接负极，b接正极，则依据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，依据左手定则可知L向右运动，C错；若a接负极，b接正极，则依据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，依据左手定则可知L向左运动，D正确．答案：BD8．如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′之间，导线水平并处于匀强磁场中，当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ，则磁感应强度方向和大小可能为()A．沿y轴正向，eq\f(mg,IL)B．沿z轴负向，eq\f(mgtanθ,IL)C．沿z轴正向，eq\f(mgtanθ,IL)D．沿悬线向上，eq\f(mgsinθ,IL)解析：当磁感应强度方向沿y轴正向并且细线拉力为零时，BIL＝mg，B＝eq\f(mg,IL)，选项A正确；当磁感应强度方向沿z轴负向时，由共点力的平衡条件可知，BIL＝mgtanθ，B＝eq\f(mgtanθ,IL)，选项B正确；当磁感应强度方向沿z正向或沿悬线向上时，导线不行能平衡，选项C、D错误．答案：AB9．如图所示，在匀强磁场区域中有一光滑斜面体，在斜面体上放了一根长为L、质量为m的导线，当通以如图方向的电流后，导线恰好能保持静止，则磁感应强度B满意()A．B＝eq\f(mg,IL)，方向水平向左B．B＝eq\f(mgsinθ,IL)，方向垂直纸面对外C．B＝eq\f(mgcosθ,IL)，方向沿斜面对上D．B＝eq\f(mgtanθ,IL)，方向竖直向下解析：磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，与重力平衡，有mg＝BIL，解得B＝eq\f(mg,IL)，故选项A正确；磁场垂直向外时，由于电流与磁场方向平行，故安培力为零，不行能平衡，故选项B错误；方向沿斜面对上，安培力垂直于斜面对上，不行能平衡，故选项C错误；磁场竖直向下时，安培力水平向左，导体棒还受到重力和支持力，依据平衡条件和安培力公式，有mgtanθ＝BIL，解得B＝eq\f(mgtanθ,IL)，故选项D正确．答案：AD10．在同一光滑斜面上放同一导体棒，如图所示是两种状况的剖面图．所处空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场，但方向不同，一次垂直斜面对上，另一次竖直向上，两次导体棒A分别通有电流I1和I2，都处于静止平衡．已知斜面的倾角为θ，则()A．I1∶I2＝cosθ∶1B．I1∶I2＝1∶1C．导体棒A所受安培力大小之比F1∶F2＝sinθ∶cosθD．斜面对导体棒A的弹力大小之比FN1∶FN2＝cos2θ∶1解析：分别对导体棒受力分析，如图所示，利用平衡条件即可求解．第一种状况：F1＝BI1L＝mgsinθ，FN1＝mgcos解得：I1＝eq\f(mgsinθ,BL)其次种状况：F2＝BI2L＝mgtanθ，FN2＝eq\f(mg,cosθ)解得：I2＝eq\f(mgtanθ,BL)所以eq\f(F1,F2)＝eq\f(BI1L,BI2L)＝eq\f(I1,I2)＝eq\f(sinθ,tanθ)＝cosθ，eq\f(FN1,FN2)＝eq\f(cosθ,\f(1,cosθ))＝cos2θ可见，A、D正确，B、C错误．答案：AD三、非选择题11.如图所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，在图中垂直于纸面对里，线框中通以电流I，方向如图所示，起先时线框处于平衡状态．现令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中线框位移的大小Δx为多少？方向如何？解析：两种状况下安培力方向相反，大小均为F安＝nBIl，则弹簧弹力的变更量为ΔF＝k·Δx＝2nBIl，所以Δx＝eq\f(2nBIl,k).起先时安培力向上，后来安培力向下，所以线框位移方向向下．答案：eq\f(2nBIl,k)向下12.把一根通电的硬直导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图所示．导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a向b.(1)请描述导线的运动状况．(2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，它可能是条形磁铁、蹄形磁铁、通电螺线管、直线电流．请你分别按每种可能考虑，大致画出它们的安放位置．解析：(1)通电导线a端、b端分别受到的安培力为垂