高中物理 课时分层作业15 探究安培力(含解析)粤教版选修3-1-粤教版高二选修3-1物理试题

探究安培力
(时间：40分钟分值：100分)
一、选择题(此题共6小题，每一小题6分)
1．关于磁感应强度B、电流强度I、导线长L和导线所受磁场力F的关系，如下说法中正确的答案是( )
A．在B＝0的地方，F一定等于零
B．在F＝0的地方，B一定等于零
C．假设B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，如此F一定等于1 N
D．假设L＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，如此B一定等于1 T
A[当B＝0时，导线一定不受磁场力，F一定为零．但是用B＝F
IL
判断B或计算F时，B
一定要和通电导线垂直，没有垂直这个条件，B＝F
IL
不成立．故B、C、D错误，A正确．] 2．关于通电直导线在磁场中所受的安培力，如下说法正确的答案是( )
A．磁感应强度跟导线所受的安培力成正比
B．安培力的方向跟磁感应强度的方向垂直
C．磁感应强度的方向跟安培力的方向一样
D．通电直导线在磁场中某处受到的安培力为零，如此该处的磁感应强度一定为零
B[磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，跟导线所受的安培力与电流与导线长度均没有关系，故A错误；根据左手定如此可知，安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故B正确，C错误；当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，而此时的磁感应强度不为零，故D错误．]
3．在如下列图的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以与磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的答案是( )
A B C D
C[根据左手定如此可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C 错误．]
4．如下列图，O为正方形ABCD的中点，两根无限长通电直导线PQ、MN与均通过O点(彼此绝缘)且PQ∥AB、MN∥BC，PQ、MN中的电流大小分别为2I和I，方向如下列图．如下说法正确的答案是( )
A．A、B两点的磁感应强度大小一样
B．B、C两点的磁感应强度大小一样
C．A、B两点的磁感应强度方向一样
D．B、C两点的磁感应强度方向一样
C[通电无限长直导线周围产生的磁场与距离、电流大小相关，距离一样处的磁感应强度大小一样；一样距离处电流越大，磁场越强．设垂直纸面向里为正，MN导线在A、B、C处的磁感应强度分别为－B1、B1、B1；PQ导线在A、B、C处的磁感应强度分别为－B2、－B2、B2；由PQ的电流是MN的两倍，故B2>B1；故A、B、C处的磁感应强度的矢量和为－(B1＋B2)、－(B2－B1)、B1＋B2.可知A、C两点的磁感应强度大小一样；A、B两点的磁感应强度方向一样．故A、B、D错误，C正确．]
5．如下列图，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力( )
A．竖直向上
B．方向垂直于ad斜向上
C．方向垂直于bc斜向上
D．为零
D[由题意可知abcd中电流组成一个封闭的电流，其有效长度为零，所以线框abcd所受安培力的合力为零，选项D正确．]
6．如下列图，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，如此三导体棒受到的安培力大小关系为( )
A．F a＞F b＞F c
B．F a＝F b＝F c
C．F b＜F a＜F c
D．F a＞F b＝F c
D[设a、b两棒的长度分别为L a和L b，c的直径为d.
由于导体棒都与匀强磁场垂直，如此a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：F a＝BIL a；
F b＝BIL b＝BId；
c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，如此有F c＝BId；
因为L a＞d，如此有F a＞F b＝F c.故D正确．]
二、非选择题(14分)
7.如下列图，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，如此穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，如此通过线圈磁通量的变化量为多少？
[解析]线圈在垂直磁场方向上的投影面积
S⊥＝S cos 60°＝0.4×0.5 m2＝0.2 m2
穿过线圈的磁通量Φ＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb.
线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb.
故磁通量的变化量
ΔΦ＝|Φ2－Φ|＝|－0.24－0.12| Wb＝0.36 Wb.
[答案]0.12 Wb 0.36 Wb
一、选择题(此题共4小题，每一小题6分)
1．如下列图，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如下列图，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，如下表示中正确的答案是( )
A．ab边与bc边受到的安培力大小相等
B．cd边受到的安培力最大
C．cd边与ad边受到的安培力大小相等
D．ad边不受安培力作用
B[因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力F ab＝BL ab I，而bc边平行于磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误；ad边与cd边虽然长度相等，且长度最长，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场垂直，即等效长度不同，所以受到的安培力大小不相等，cd边受到的安培力最大，故B正确，C错误；ad边受到安培力作用，故D错误．]
2．如下列图，水平桌面上放置一根条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直．当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出( )
A．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小
B．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小
C．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大
D．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大
A[如下列图，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定如此可知，直导线受向下的安培力，由于力的作用是相互的，因此条形磁铁受向上的作用力，故A正确．
]
3．如下列图，质量m ＝0.5 kg 、长L ＝1 m 的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架向下(磁场范围足够大)，右侧回路电源电动势E ＝8 V ，内电阻r ＝1 Ω，额定功率为8 W 、额定电压为4 V 的电动机正常工作，(取g ＝10 m/s 2
)如此( )
A ．回路总电流为2 A
B ．电动机的额定电流为4 A
C ．流经导体棒的电流为4 A
D ．磁感应强度的大小为1.5 T
D [电动机正常工作时，有P M ＝UI M ，代入数据解得I M ＝2 A ，通过电源的电流为I 总＝
E －U
r
＝8－41
A ＝4 A ，流过导体棒的电流I 为I ＝I 总－I M ＝4 A －2 A ＝2 A ．故A 、
B 、
C 错误；导体棒静止在导轨上，由共点力的平衡可知，安培力的大小等于重力沿斜面向下的分力，即：F ＝mg sin 37°＝0.5×10×0.6 N＝3 N ，由安培力的公式F ＝BIL ，解得B ＝1.5 T ，故
D 正确．]
4．有四条垂直于纸面的长直固定导线．电流方向如下列图，其中a 、b 、c 三条导线到d 导线的距离相等，三条导线与d 的连线互成120度角．四条导线的电流大小为都为I ，其中a 导线对d 导线的安培力为F .现突然把c 导线的电流方向改为垂直于纸面向外，电流大小不变．此时d 导线所受安培力的合力为( )
A ．0
B ．F
C ．3F
D ．2F
D [a 导线对d 导线的安培力为F ，三条导线与d 的连线互成120°，因此在c 导线的电流方向改变之前，d 导线所受安培力的合力为零；当c 导线的电流方向改变之后，a 、b 导线对d 导线的安培力夹角为120°，大小为F ，因此此两个安培力的合力为F ，方向指向c 导线，而c 导线对d 导线的安培力大小为F ，方向指向c 导线，那么此时三导线对d 导线所受安培力的合力为2F ，故A 、B 、C 错误，D 正确．]
二、非选择题(26分)
5．(12分)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机．如图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计．线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等．某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.
(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向；
(2)假设此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率．
[解析](1)由左手定如此可以判断出线圈所受安培力的方向水平向右．由于线圈与磁场垂直，故线圈所受安培力的大小F＝nIBL.
(2)此时安培力的功率P＝Fv＝nIBLv.
[答案](1)nIBL水平向右(2)nIBLv
6．(14分)如下列图，两光滑的平行金属轨道与水平面成θ角，两轨道间距为L，一金属棒垂直两轨道水平放置．金属棒质量为m，电阻为R，轨道上端的电源电动势为E，内阻为r.为使金属棒能静止在轨道上，可加一方向竖直向上的匀强磁场，如此该磁场的磁感应强度B 应是多大？
[解析]导体棒受力分析如下列图
如此I＝E
R＋r
①F安＝BIL②
F安＝mg tanθ③
由①②③解得 B ＝mg 〔R ＋r 〕tan θEL
. [答案]
mg 〔R ＋r 〕tan θEL。