高中物理 5探究安培力自我小测 高二物理试题

实蹲市安分阳光实验学校探究安培力
1下列说法中正确的是( )
A．磁场中某一点的磁感强度可以这样测：把一小段通电导线放在该点时受
到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值即B＝F
IL B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感强度一为零
C．磁感强度B＝F
IL
只是义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关
D．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向
2如图所示的天平可用来测磁感强度。

天平的右臂下面挂有一个矩形线圈。

宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。

当线圈中通有电流I，方向如图时，在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码，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，天平重平衡，由此可知( )
A．磁感强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1－m2)g/NIl
B．磁感强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIl
C．磁感强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1－m2)g/NIl
D．磁感强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/2NIl
3如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不的同向电流，则它们的运动情况是( ) A．都绕圆柱转动
B．以不的加速度相向运动
C．以相的加速度相向运动
D．以相的加速度相背运动
4在一根长为0.2 m的直导线中通入2 A的电流，将导线放在磁感强度为0.5 T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小可能是( )
A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0
5如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直于纸面向外运动，可以( ) A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极
B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极
C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极
D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端
6如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固一根与磁铁垂直的长直导线。

当导线中通以由外向内的电流时磁铁仍然保持静止，则( ) A．磁铁受到向左的摩擦力，磁铁对桌面的压力减小
B．磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小
C．磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大
D．磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变
7在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，导线中通有大小相的恒电流，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
8如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I 方向从M到N，绳子的拉力均为F。

为使F＝0，可能达到要求的方法是( ) A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
9磁场对放入其中的长为l、电流为I、方向与磁场垂直的通电导线有力的作用，可以用磁感强度B描述磁场力F的性质，磁感强度的大小B＝__________。

在物理，用类似方法描述物质基本性质的物理量还有__________。

10如图所示， MN、PQ为水平放置的金属导轨。

直导线ab与导轨垂直放置，导轨间距L＝10 cm，其电阻为0.4 Ω，导轨所在区域处在匀强磁场中，磁场方向竖直向下，磁感强度B＝0.2 T。

电池电动势E＝1.5 V，内电阻r＝0.18 Ω，电阻R＝1.6 Ω，开关S接通后直导线ab仍静止不动。

求直导线ab所受的摩擦力的大小和方向。

11如图所示，水平桌面上放置的U形金属导轨，串接有电源。

现将两根质量相的裸导线L1和L2放在导轨上，方向与导轨垂直，导轨所在的平面有一个方向向上的匀强磁场。

当合上开关后，两根导线便向右运动，并先后脱离导轨右端掉到水平地面上，测得它们落地位置与导轨右端的水平距离分别为s1和s2，求合上开关后：
(1)安培力对导线L1和L2所做的功之比W1∶W2为多少？
(2)通过导线L1和L2的电荷量之比q1∶q2为多少？
12下图是导轨式电磁炮装置示意图。

两根平行长直金属导轨沿水平方向固，其间安放金属滑块(即用弹丸)。

滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。

电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源。

滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。

在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B＝kI，比例常量k＝2.5×10－6 T/A。

已知两导轨内侧间距l＝1.5 cm，滑块的质量m＝30 g，滑块沿导轨滑行5 m后获得的发射速度v＝3.0 km/s(此过程视为匀加速运动)。

(1)求发射过程中电源提供的电流强度；
(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大；
(3)若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度为s′。

设砂箱质量为M，滑块质量为m，不计砂箱与水平面之间的摩擦，求滑块对砂箱平均冲击力的表达式。

参考答案
1答案：C
2解析：由于当电流反向时，右边需再加砝码，可判电流反向后，安培力方向向上，因此题图示电流方向时安培力方向向下，此时：m1g＝m2g＋m′g＋NBIl，m′为线框的质量，电流反向后：m1g＝(m2＋m)g＋m′g－NBIl。

由以上两式可得：mg＝2NBIl，即B＝
mg
2NIl
，再由左手则可判磁感强度的方向为垂直纸面向里。

答案：B
3解析：同向环形电流间相互吸引，虽两电流大小不，但据牛顿第三律知两线圈间的相互作用力必大小相。

答案：C
4解析：因为最大的安培力Fm＝BIL＝0.2 N，最小的安培力F2＝0，故
0≤F A≤0.2 N。

答案：BCD
5解析：将a接正极b接负极，电流方向为M→N，c接正极d接负极，由右手螺旋则可知，线圈上端为N极。

由左手则判MN向外运动，A正确。

b接正极a接负极时电流方向为N→M，d接正极c接负极，由右手螺旋则可知线圈下端为N极，由左手则可判MN向外运动，B正确。

a接正极电流方向为M→N，d 接正极可知线圈下端为N极，由左手则可判MN向里运动，C错误。

D也是正确的。

答案：ABD
6解析：此题若从电流产生的磁场入手分析，通电直导线的磁场可以用安培则判断，但处于磁场中的不是小磁针而是大条形磁铁，其受力如何很难判，可能会误认为D选项正确。

若将思维方式变换一下，先判条形磁铁在通电导线处的磁场方向；再用左手则判断通电导线在条形磁铁的磁场中受到的安培力，如题图所示为斜向左下方；然后根据牛顿第三律，磁铁受到通电导线的作用力斜向右上方。

因磁铁受力平衡，所以支持力减小，即对桌面的压力减小，同时受到向左的摩擦力。

故A选项正确。

答案：A
7解析：根据右手则判断出c处合磁场方向与ab连线平行，方向向下。

由左手则可知安培力方向向左。

故A、B、D错，C正确。

答案：C
8解析：不加磁场时，拉力与重力平衡，加上磁场后，拉力为零，说明磁场力与重力平衡，磁场力方向竖直向上，由左手则知，所加磁场方向垂直纸面向里，C正确。

答案：C
9答案：
F
Il
电场强度
10解析：导线处于平衡状态，受力分析如图所示。

当开关闭合时，电阻R 与导线ab并联：
R并＝
R·R ab
R＋R ab
＝
1.6×0.4
1.6＋0.4
Ω＝0.32 Ω。

ab两端的电压为：
U＝IR并＝
E
R并＋r
R并
＝
1.5
0.32＋0.18
×0.32 V＝0.96 V。

通过ab的电流为I ab＝
U
R ab
＝
0.96
0.4
A＝2.4 A。

导线ab所受的安培力F为：
F＝BI ab L＝0.2×2.4×0.1 N＝0.048 N。

由平衡条件可得：F摩＝F＝0.048 N。

所以导线所受的摩擦力大小为0.048 N，方向水平向左。

答案：0.048 N，水平向左。

11解析：(1)闭合开关后，两导线在安培力的作用下离开导轨，然后做平
抛运动。

安培力对导线所做的功，于导线做平抛运动的初动能。

由于两导线做平抛运动的飞行时间相同，所以，平抛运动的初速度与其水平射程成正比，故：
W 1∶W 2＝12mv 21∶12
mv 22＝v 21∶v 22＝s 21∶s 2
2。

(2)设安培力作用的时间为Δt，则由动量理有：
BIL·Δt＝mv ，
而I·Δt＝q ，代入得：BLq ＝mv ， 所以q 1∶q 2＝v 1∶v 2＝s 1∶s 2。

答案：(1)s 2
1∶s 2
2 (2)s 1∶s 2
12解析：(1)由匀加速运动公式有a ＝v 2
2s ＝9×105 m/s 2
，由安培力公式和牛
顿第二律，有F ＝IBl ＝kI 2
l ，kI 2
l ＝ma ，因此
I ＝
ma kl
＝8.5×105
A 。

(2)滑块获得的动能是电源输出能量的4%，即P·Δt×4%＝12mv 2
，发射过
程中电源供电时间Δt＝v a ＝13
×10－2
s 。

所需电源输出功率为 P ＝12mv 2Δt×4%＝1.0×109
W 。

由功率P ＝IU ，解得输出电压 U ＝P I
＝1.2×103
V 。

(3)分别对砂箱和滑块用动能理，有
f s M ＝12Mv′2
，
f ′s m ＝12mv′2
－12
mv 2.
由牛顿律f ＝－f ′和相对运动s m ＝s M ＋s′， 动量守恒mv ＝(m ＋M)v′，
联立求得f s′＝M m ＋M ·12mv 2
.
故平均冲击力f ＝Mm 2(m ＋M)·v
2
s′。

答案：(1)8.5×105 A (2)1.0×109 W ，1.2×103
V (3) Mm 2(m ＋M)·v 2
s′。