人教版高中物理选修2-1高二第二章

高中物理学习材料金戈铁骑整理制作人教版物理高二选修2-1第二章第二节安培力与磁电式仪表同步训练一．选择题1．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是（）A．磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B．磁场中某点B的方向，跟该点处试探电流元所受磁场力方向一致C．在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D．在磁场中磁感线越密集的地方，B值越大答案：D解析：解答：AB、由安培力公式F=BIL，得FBIL，可知，磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况及安培力大小无关，故AB错误；C、当通电导线与磁场平行放置时，没有安培力，但不能肯定此处没有磁感应强度，故C错误；D、磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，故D正确，故选：D分析：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，通过电流元垂直放置于磁场中所受磁场力与电流元的比值来定义磁感应强度．比值与磁场力及电流元均无关．电流元所受磁场力是由左手定则来确定，并根据磁感线的疏密来表示磁场的强弱2．在国际单位制中，磁感应强度的单位是（）A．伏特B．特斯拉C．牛顿D．安培答案：B解析：解答：A、伏特是电压的单位，故A错误；B、特斯拉是磁感应强度的单位，故B正确．C、牛顿是力的国际主单位，故C错误．D、安培是电流的单位，故D错误．故选：B．分析：对基本的物理量要掌握住物理量的单位和基本的物理公式，由此即可分析得出本题．3．用⊙表示通电直导线，电流方向垂直纸面向外，用带箭头的线段或曲线表示磁感线．下列图中，能正确反映通电直导线在其周围产生磁场的磁感线是（）A．B．C．D．答案：C解析：解答：AB、通电直导线产生的磁场方向根据安培定则判断，可知，AB磁场应该是以导线为圆心的同心圆，故AB错误．C、根据安培定则，拇指指向电流方向，则四指指向，即为磁感线针方向，故C正确，D错误．故选：C．分析：通电直导线产生的磁场方向根据安培定则判断．右手握住导线，拇指指向电流方向，四指指向磁感线环绕方向来判断．4．一通电直导线用细线悬挂于匀强磁场中，磁场及电流方向如图．通电导线所受安培力的方向是（）A．水平向左B．水平向右C．竖直向上D．竖直向下答案：D解析：解答：根据图示磁场与电流方向，由左手定则可得，安培力方向竖直向下，故ABC错误，D正确；故选D．分析：已知磁场方向与电流方向，由左手定则可以判断出安培力的方向．5．如图所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路．当回路中通有电流I时，导体棒会受到安培力作用．如要使安培力增大，则以下方法正确的为（）A．增大磁感应强度B．使磁感应强度反向C．使电流强度反向D．减小电流强度答案：A解析：解答：由安培力的公式F=BIL可得，增大磁感应强度或增大电流强度均可实现安培力增大．故选：A分析：通电导线在磁场中的受到安培力作用，由公式F=BIL可以安培力大小，由此来判断增大安培力的方法6．一通电直导线用细线悬挂于匀强磁场中，磁场及电流方向如图所示．通电导线所受安培力的方向是（）A．竖直向下B．水平向右C．竖直向上D．水平向左答案：A解析：解答：由左手定则可知，电流水平向右，而磁场向外，则安培力一定竖直向下，故A正确；故选：A分析：由左手定则可分析通电导线所受安培力的方向7．如图所示，金属棒MN两端用等长的细软导线连接后水平地悬挂．MN处在向里的水平匀强磁场中，棒中通有由M流向N的电流，此时悬线受金属棒的拉力作用．为了使悬线中的拉力减小，可采取的措施有（）A．使磁场反向B．使电流反向C．增大电流强度D．减小磁感应强度答案：C解析：解答：棒处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有从M流向N的电流，根据左手定则可知，棒所受安培力的方向竖直向上，由于此时悬线上有拉力，为了使拉力减小，则安培力必须增加，由安培力公式F=BIL知，可以适当增加电流强度，或增大磁场，若使电流或磁场反向，安培力方向竖直向下，悬线的拉力将增大．故C正确，ABD错误．故选：C．分析：通电导线在磁场中的受到安培力作用，由公式F=BIL求出安培力大小，由左手定则来确定安培力的方向．由平衡条件和安培力知识分析即可．8．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度L=0.1m，导线中的电流I=2A．该导线所受安培力的大小为（）A．0.02N B．0.03N C．0.04N D．0.05N答案：C解析：解答：导线所受的安培力为：F=BIL=0.2×2×0.1N=0.04N．故选：C．分析：根据导线的长度、电流的大小和磁感应强度的大小，结合F=BIL求出安培力的大小．9．将通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则导线受到的安培力的大小（）A．减小为原来的13B．保持不变C．增大为原来的3倍D．增大为原来的9倍答案：C解析：解答：根据F=BIL得，电力增大为原来的3倍，则安培力增大为原来的3倍．故C正确，A、B、D错误．故选：C分析：电流与磁场垂直时，F=BIL，根据该公式判断安培力大小的变化10．如图所示的匀强磁场，磁感应强度为0.1T，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度为0.1m，导线中电流为1A．该导线所受安培力的大小为（）A．0.01 N B．0.02 N C．0.03 N D．0.04 N答案：A解析：解答：电流的方向与磁场垂直，则安培力F=BIL=0.1×1×0.1N=0.01N．故选：A．分析：根据导线的长度、电流的大小、磁感应强度的大小，结合安培力公式求出安培力的大小．11．如图所示，a、b、c为纸面内等边三角形的三个顶点，在a、b两顶点处，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，方向垂直于纸面向里，则c点的磁感应强度B的方向为（）A．与ab边平行，向上B．与ab边平行，向下C．与ab边垂直，向右D．与ab边垂直，向左答案：B解析：解答：根据右手螺旋定则，a电流产生的磁场垂直于ac，b电流产生的磁场垂直于bc，如图，根据平行四边形定则，则合场强的方向竖直向下，与ab边平行．故B正确，A、C、D错误．故选：B．分析：根据右手螺旋定则判断出直导线在C点的磁场方向，根据平行四边形定则，对磁感应强度进行合成，得出C点的合场强的方向．12．如图所示，真空中两点电荷+q和﹣q以相同角速度ω在水平面内绕O点顺时针转动，O点离+q较近，试判断O点的磁感应强度方向（）A．方向垂直于纸面向外B．方向垂直于纸面向里C．为0 D．无法确定答案：B解析：解答：点电荷的定向移动，形成电流，根据正电荷的定向移动方向即为电流的方向，由右手螺旋定则可知，正电荷在O点的磁场方向为垂直于纸面向里，而负电荷在O点的磁场方向为向外，由于正电荷距离O点半径近，所以运动时在O点产生的磁场强，根据矢量叠加原理，则合磁场的方向为垂直于纸面向里，故B正确，ACD错误；故选：B分析：点电荷的定向移动形成电流，根据右手螺旋定则可确定磁场方向，由矢量叠加来确定磁场的方向．13．已知长直通电导线在周围某点产生磁场的磁感应强度大小与电流成正比、与该点到导线的距离成反比．4根电流相同的长直通电导线a、b、c、d平行放置，它们的横截面的连线构成一个正方形，O为正方形中心，a、b、c中电流方向垂直纸面向里，d中电流方向垂直纸面向外，则关于a、b、c、d长直通电导线在O点产生的合磁场的磁感应强度B（）A．大小为零B．大小不为零，方向由O指向aC．大小不为零，方向由O指向c D．大小不为零，方向由O指向d答案：B解析：解答：I a=I c=I d=I b，则根据矢量的合成法则，可知，a、c两棒产生的磁场为零，则由b、d 两棒产生的磁场方向，由右手螺旋定则可知，O指向a；故选：B．分析：根据等距下电流所产生的B的大小与电流成正比，得出各电流在O点所产生的B的大小关系，由安培定则确定出方向，再利用矢量合成法则求得B的合矢量的大约方和向．14．关于磁感线，下列说法中正确的是（）A．磁感线是实际存在于磁场中的线B．磁感线是一条条不闭合的曲线C．磁感线有可能出现相交的情况D．磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致答案：D解析：解答：A、磁感线是为了描述磁场而引入的，它并不客观存在，故A错误．B、在磁体的内部，磁感线从磁体的S出发回到N极；而外部则是从磁体的N极出发回到S 极，构成闭合曲线，故B错误；C、若两条磁感线可以相交，则交点处就可以做出两个磁感线的方向，即该点磁场方向就会有两个，这与理论相矛盾，因此磁感线不能相交，故C错误．D、磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致；故D正确；故选：D．分析：磁体的周围存在着看不见，摸不着但又客观存在的磁场，为了描述磁场，在实验的基础上，利用建模的方法想象出来的磁感线，磁感线并不客观存在．掌握磁感线的特点：不中断，不相交，但是闭合曲线．15．有a、b、c、d四个小磁针，分别放置在通电螺线管的附近和内部，如图所示，其中指向正确的小磁针是（）A．a B．b C．c D．d解析：解答：根据右手螺旋定则，知b、c、d所处的磁场方向是从左向右，a点所处的磁场方向从右向左，小磁针静止时N极的指向为磁场的方向．由图结合磁场的方向可知，故A正确，B、C、D错误．故选：A．分析：根据右手螺旋定则判断出螺线管周围的磁场方向，小磁针静止时N极的指向为磁场的方向．二．填空题16．如图所示，一根质量为m的金属棒AC用长短相同的软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，通入A到C方向的电流时，AC受到的安培力方向向（选填“上”、“下”、“左”、“右”），若改变电流的方向，悬线受到的张力将（选填“变大”、“变小”或“不变”），若同时改变电流方向和磁场方向，金属棒受到的安培力方向（选填“改变”或“不变”）答案：上|变大|不变解析：解答：根据左手定则可知，AC受电场力方向向上；改变电流方向，安培力向下，则AC受重力和向下的拉力及绳子的拉力而处于平衡；故悬线受到的拉力变大；若同时改变电流方向和磁场方向，则由左手定则可知安培力的方向不变；故答案为：上；变大；不变．分析：根据左手定则可得出安培力的方向；若改变电流方向，则安培力反向，根据共点力的平衡条件可分析张力变化．17．图中已经标出了磁场B的方向、通电直导中电流I的方向，在图中画出通电直导线在磁场中的受力方向．这个力是力．答案：安培力解答：根据左手定则，导体受到的安培力方向为竖直向上，故受力方向如图，这个力是安培力．故答案为：如图，安培力分析：根据左手定则判断出安培力的方向，伸开左手，使大拇指与四指方向垂直，四指方向与电流方向相同，磁场方向垂直于掌心，大拇指所指方向为安培力的方向．18．如图所示，矩形导线框ABCD 用细线悬挂，水平边AB 长L =0.3m ，线框的下部分处在有界的匀强磁场中，磁感应强度B =2T ，方向垂直线框平面向里．线框中通过的电流大小为I =5A 、方向如图所示，此时细线对线框的拉力恰好为零，则AB 边所受安培力F 的大小为 N ，方向 （选填“竖直向上”或“竖直向下”）；线框的质量为 kg ．答案：3|竖直向上|0.3解析：解答：AB 边受到的安培力为：F=BIL =2×5×0.3=3N ；由左手定则可知AB 边受安培力方向向上；细线对线框的拉力恰好为零，线框受重力和安培力平衡，则有：F=mg解得：30.310F m kg g ===； 故答案为：3，竖直向上，0.3．分析：由安培力公式F=BIL 可求出安培力的大小；由左手定则判断安培力的方向；对线框受力分析，由共点力的平衡条件可求得线框的重力，即可求出质量．19．如图，在匀强磁场中，单位长度质量为m 0的“U 型”金属导线可绕水平轴OO ′转动，ab 边长为L 1，bc 边长为L 2．若导线中通以沿abcd 方向的电流I ，导线保持静止并与竖直方向夹角为θ，则磁场的磁感应强度至少为 ，此时方向为 ．答案：0122sin (L L )m g IL θ+|沿ba 方向向上 解析：解答：对U 型金属导线受力分析，受重力、安培力和拉力，金属导线的ab 部分、bc 部分和cd 部分分别产生相对OO′顺时针方向的力矩，而bc 边受到的安培力产生逆时针方向的力矩，当安培力的方向垂直于ab 边向上时，安培力最小，磁感应强度最小，由力矩平衡可得： 011021112sin sin 2A m L g L m L gL F L θθ+=故磁感应强度为：0122sin (L L )m g B IL θ+= 安培力的方向垂直于ab 边向上，由左手定则可知，磁感应强度的方向沿ba 向上． 故答案为：0122sin (L L )m g IL θ+，沿ba 方向向上 分析：U 型金属导线的ab 部分、bc 部分和cd 部分分别产生相对OO′顺时针方向的力矩，而bc 边受到的安培力产生逆时针方向的力矩，由力矩平衡即可求出磁感应强度，由左手定则判断出磁场的方向．20．如图所示，质量为m =0.3kg 、边长为d =10cm 的均质等边三角形导线框ABC ，在A 处用细线竖直悬挂于长度为L =30cm 的轻杆的左端，轻杆的右端通过弹簧连接在地面上，离杆左端10cm 处有一固定的转轴O ．现垂直于ABC 施加一个水平向里的匀强磁场，磁感应强度B=10﹣2T．在导线框中通以逆时针方向、大小为I=1A的电流，轻杆处于水平状态，则此时AB边所受安培力的大小为N，弹簧对杆的拉力为N．答案：0.001|1.5解析：解答：ab边所示安培力大小F=BId=0.01×1×0.1N=0.001N，由左手定则可知，安培力的方向竖直向上；由于导线框闭合，所受安培力为零，因此导线框对杠杆的拉力等于其重力mg，由力矩平衡条件可得：1233mg L F L⨯=⨯，则细线对杆的拉力0.3101.522mgF N N⨯===；故答案为：0.001，1.5分析：由安培力公式求出安培力大小，由左手定则判断出安培力的方向；对导线框进行受力分析，然后由力矩平衡条件求出细线拉力的大小21．在匀强磁场中，有一段5cm的导线和磁场垂直．当导线通过的电流是1A时，受磁场的作用力是0.1N，那么磁感应强度B=T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B=T；如果把该通电导体拿走，那么该处磁感应强度B=T．答案：2|2|2解析：解答：根据磁感应强度的定义式，有：FBIL=，由此可知该处的磁感应强度为2T，这与导线的放置、长短、电流大小等因素无关，即该处的磁感应强度有磁场本身决定．则导线长度增大为原来的3倍，磁感应强度不变，仍为2T；通电导体拿走后，磁感应强度也为2T；故答案为：2；2；2．分析：磁场与导线垂直，根据安培力的公式F=BIL，求磁感应强度B，注意公式FBIL =是采用比值法定义的，磁场中某点磁感应强度的大小与F，I l等因素无关，是由磁场本身决定的．三．解答题22．如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度B=2T，有一段长L=2m的导线垂直磁场方向放置，当导线中通以I=0.5A的水平向右的电流时，（1）判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下；答案：（1）安培力的方向垂直导线向上；（2）求导线所受到的安培力F的大小．答案：（2）导线所受的安培力大小F=BIL=2×0.5×2N=2N，导线所受的安培力为2N解析：解答：（1）根据左手定则知，安培力的方向垂直导线向上．（2）导线所受的安培力大小F=BIL=2×0.5×2N=2N．答：（1）安培力的方向垂直导线向上．（2）导线所受的安培力为2N．分析：根据左手定则判断安培力的方向，结合安培力的大小公式求出导线所受的安培力的大小．23．如图，金属导轨水平放置，导轨间的距离为L，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成θ角．金属导轨的一端接有电动势为E、内阻为r的直流电源．现把一根金属杆ab放在金属导轨上，金属杆静止．金属杆ab质量为m，长为L，电阻为R，求：（1）通过金属杆ab的电流；答案：通过金属杆ab的电流为ER r +；（2）棒ab受到的摩擦力，及棒ab对导轨的压力．答案：棒ab受到的摩擦力为sinEBLR rθ+，及棒ab对导轨的压力为sinEBLmgR rθ++解析：解答：（1）导体不动，电路中只有电源和导体有电阻，所以有：EIR r=+（2）金属杆ab静止，合外力为零，则：安培力为：F=BIL摩擦力为：f=Fsinθ得：sinEBLfR rθ=+支持力为：N=mg+Fcosθ得：sinEBLN mgR rθ=++由牛顿第三定律得棒ab对导轨的压力为：sinEBLN mgR rθ'=++答：（1）通过金属杆ab的电流为ER r+；（2）棒ab受到的摩擦力为sinEBLR rθ+，及棒ab对导轨的压力为sinEBLmgR rθ++．分析：（1）根据闭合电路的欧姆定律求的电流；（2）根据共点力平衡求棒ab受到的摩擦力，及棒ab对导轨的压力．24．如图所示，在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，有一长为0.5m、电阻为1.0Ω的导体AB在金属框架上以10m/s的速度向右滑动，R1=R2=2.0Ω，其他电阻不计，求流过R1的电流I1．答案：流过R1的电流为0.25A解析：解答：AB切割磁感线相当于电源，其等效电路如图所示，E AB=Blv=0.2×0.5×10 V=1 V由闭合电路欧姆定律得E IR r =+R 1、R 2并联，由并联电路电阻关系得12111R R R =+ 解得：12121.0R R R R R ==Ω+，I AB =I =0.5 A ． 因为R 1=R 2，所以流过R 1的电流为10.252I I A ==． 答：流过R 1的电流为0.25A ． 分析：由公式E=BLv 求出棒AB 产生的感应电动势，根据闭合电路欧姆定律求出通过AB 棒的感应电流．25．如图所示，水平放置的两根平行金属导轨相距L =0.4m ，上面有一金属棒PQ 垂直导轨放置，并处于竖直向上匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B =0.5T ，与导轨相连的电源电动势E =4.5V ，内阻r =1.0Ω，电阻R =8.0Ω，其他电阻不计．闭合开关S 后，金属棒PQ 仍然静止不动．求：①闭合电路中电流的大小；②金属棒PQ 所受安培力的大小和方向；③金属棒PQ 所受的静摩擦力的大小．答案：①闭合电路中电流的大小0.5A ；②金属棒PQ 所受安培力的大小0.1N ，由左手定则判断方向安培力方向向右；③金属棒PQ 所受的静摩擦力的大小为0.1N解析： 解答：①根据闭合电路欧姆定律： 4.50.518E I A R r ===++ ②根据安培力公式：F=BIL =0.5×0.5×0.4=0.1N ，由左手定则判断安培力方向向右； ③根据平衡条件：f=F =0.1N答：①闭合电路中电流的大小0.5A ；②金属棒PQ 所受安培力的大小0.1N ，由左手定则判断方向安培力方向向右；③金属棒PQ 所受的静摩擦力的大小为0.1N ．分析：根据闭合电路欧姆定律求电流的大小；根据安培力公式F=BIL求安培力大小，根据左手定则判断方向；根据平衡条件判断静摩擦力大小．。