新教材2022人教版物理选择性必修第二册课时检测-1.1磁场对通电导线的作用力-含解析.doc
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课时跟踪检测( 一 ) 磁场对通电导线的作用力1．关于通电导线所受安培力F的方向，磁场B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( )A．F、B、I三者必须保持相互垂直B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直解析：选B 安培力F总是与磁场B和电流I所决定的平面垂直，但B与I(即导线)可以垂直，也可以不垂直，通电导线受安培力时，力F与磁场及力F与导线都是垂直的，故A、C、D错误，B正确2．海影号电磁推进试验舰艇如图甲所示，船体下部的大洞使海水前后贯通舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，舰艇因此前进要使图乙中的舰艇向左前进，则所加磁场的方向应为( )A．水平向左 B．水平向右C．竖直向上 D．竖直向下解析：选D 海水中电流方向从M流向N，且舰艇向左运动，舰艇受到海水对舰艇的作用力向左，根据牛顿第三定律可知，海水所受的安培力方向向右，再根据左手定则可知，磁场方向竖直向下，故A、B、C错误，D正确。
3．如图所示，“L”形导线abc固定并垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab⊥bc，ab长为2l，bc长为l，导线通入恒定电流I，设导线受到的安培力大小为F，方向与bc夹角为θ，则( )A．F＝3BIl，tan θ＝B．F＝BIl，tan θ＝C．F＝7BIl，tan θ＝D．F＝BIl，tan θ＝2解析：选B 连接ac，根据几何关系得ac＝l，则F＝BIl，F与bc的夹角θ满足tan θ＝＝，选项B正确4．[多选]如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流大小分别为2I和I，电流方向如图中箭头所示，此时a受到的安培力大小为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后，a受到的安培力大小变为2F，则b受到的安培力可能是( )A．大小为，方向向左 B．大小为，方向向右C．大小为，方向向右 D．大小为，方向向左解析：选BD 未放c导线时，a、b导线之间的安培力是吸引力，大小相等，置入c导线后，a导线受到的安培力大小为2F，方向可能向左，也可能向右，故c导线对a导线的作用力可能向右、大小为F，或向左、大小为3F，所以c导线对b导线的作用力可能向右、大小为，或向左、大小为，则b导线受到的安培力为向右、大小为，或向左、大小为。
选项B、D正确5．已知长沙市区地磁场的磁感应强度B约为4．0×10－5 T，其水平分量约为3．0×10－5 T若市区一高层建筑安装了高50 m的竖直金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，经避雷针开始放电，电流方向自上而下，大小为1．0×105 A，此时金属杆受到地磁场对它的安培力的方向和大小分别为( )A．方向向西，大小约为150 NB．方向向西，大小约为200 NC．方向向东，大小约为150 ND．方向向东，大小约为200 N解析：选C 当带有正电的乌云经避雷针放电时，放电电流方向沿避雷针向下，若面向北方而立，则空间水平磁场均为“×”，则右侧为东方，左侧为西方，如图所示由左手定则可知金属杆所受安培力的方向向东，大小为F＝BIl＝3．0×10－5×1×105×50 N＝150 N，故C正确6．两条直导线互相垂直，但相隔一个小段距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，如图所示当直流电流按如图所示方向通入两条导线时，CD导线将( )A．顺时针方向转动，同时靠近导线ABB．顺时针方向转动，同时离开导线ABC．逆时针方向转动，同时离开导线ABD．逆时针方向转动，同时靠近导线AB解析：选D 根据电流方向相同时导线相互吸引、相反时相互排斥，可知CD导线将沿逆时针方向转动，同时靠近导线AB，所以D正确。
7．[多选]如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ＝30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是( )A．增大电流IB．增加直导线的长度C．使导线在纸面内顺时针转30°角D．使导线在纸面内顺时针转45°角解析：选AB 由公式F＝BIlsin θ知，当增大电流时，可增大通电导线所受的安培力，故A正确；由公式F＝BIl sin θ 知，当增加直导线的长度时，可增大通电导线所受的安培力，故B正确；当使导线在纸面内顺时针转30°时，导线沿垂直磁场方向投影长度为零，则所受安培力为零，故C错误；当使导线在纸面内顺时针转45°时，导线沿垂直磁场方向投影长度缩短，则所受安培力变小，故D错误8．如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向垂直纸面向里，当加上电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是( )A．F1>F2 B．F1
9．[多选]超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪声船电磁船的简化原理图如图所示，MN和CD是与电源相连的两个电极，MN与CD之间的部分区域有垂直纸面向里的匀强磁场(磁场由超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，通电的海水会受到安培力的作用，船体就在海水的反作用力推动下运动以下说法正确的是( )A．电磁船将电能转化为船的机械能，效率可高达100%B．仅改变电流的方向，就能控制船前进或者后退C．仅将磁场方向改变90°，就能控制船前进或者后退D．仅将磁场方向改变180°，就能控制船前进或者后退解析：选BD 电磁船的工作原理是：通电的海水受到向后的安培力作用，获得一定的速度，根据牛顿第三定律可知，船体同时受到相反方向的作用力，使船体向前运动由于有一部分电能转化为海水的动能，电磁船将电能转化为船的机械能的效率不可能达到100%，故A错误；仅改变电流的方向，根据左手定则，会改变海水的受力方向，也改变船体的受力方向，就能控制船体的前进或后退，故B正确；仅将磁场方向改变90°，根据左手定则，海水将不受安培力或受到的安培力方向向上或向下，无法控制船前进或者后退，故C错误；仅将磁场方向改变180°，根据左手定则，会使海水的受力方向相反，进而使船体的受力方向相反，可以控制船前进或者后退，故D正确。
10．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器如图所示为某款电磁炮的轨道，该轨道长10 m，宽2 m若发射质量为100 g的炮弹，从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为100 A时，最大速度可达2 km/s，假设轨道间磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力下列说法正确的是( )A．磁场方向竖直向下B．磁场方向为水平向右C．电磁炮的加速度大小为4×105 m/s2D．磁感应强度的大小为100 T解析：选D 回路中电流方向如题图所示，则根据安培定则可知，磁场方向应竖直向上，故A、B错误；由题意可知，最大速度v＝2 km/s，加速距离x＝10 m，由速度和位移关系可知v2＝2ax，解得加速度大小a＝2×105 m/s2，由牛顿第二定律可得F＝ma，又F＝BIl，联立解得B＝100 T，故C错误，D正确11．如图所示，质量m＝0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L＝1 m的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)右侧回路中，电源的电动势E＝8 V、内阻r＝1 Ω，额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度大小g取10 m/s2，则磁场的磁感应强度大小为( )A．2 T B．1．73 TC．1．5 T D．1 T解析：选C 电动机M正常工作时的电流I1＝＝2 A，电源内阻上的电压U′＝E－U＝8 V－4 V＝4 V，根据欧姆定律得干路中的电流I＝＝4 A，则通过导体棒的电流I2＝I－I1＝2 A，根据导体棒受力平衡，有BI2L＝mgsin 37°，解得B＝1．5 T，选项C正确。
12．如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面当线圈中通有电流I(方向如图所示)，且在天平两边分别加上质量为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡由此可知( )A．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为B．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为C．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为D．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为解析：选B 因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里设线圈质量为m3，则电流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL；电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL两式联立可得B＝故B正确，A、C、D错误13．如图所示，两平行导轨间的距离L＝0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B＝0.50 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E＝4．5 V、内阻r＝0.50 Ω的直流电源现把一个质量m＝0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。
导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R＝2．5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力解析：(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律，有I＝＝1．5 A2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30 N3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin 37°＝0.24 N由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，导体棒的受力分析如图所示根据共点力平衡条件，有mgsin 37°＋Ff＝F安解得Ff＝0.06 N，方向沿导轨向下答案：(1)1．5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿导轨向下14．一电流表的原理示意图如图所示质量为m的匀质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连，绝缘弹簧的劲度系数为k在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的示数，MN的长度大于当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合，当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流的大小。
重力加速度为g1)当电流表示数为零时，弹簧的伸长量为多少？(2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？(3)若k＝2．0 N/m，＝0.20 m，＝0.05 m，B＝0.20 T，则此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)在(3)的条件下，若将量程扩大为原来的2倍，磁感应强度应变为多大？解析：(1)设电流表示数为零时，弹簧的伸长量。
