新教材2023年秋高中物理第1章安培力與洛倫茲力素養(yǎng)提升練1安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)新人教版選擇性必修第二冊(cè)

素養(yǎng)提升練(一)安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)一、選擇題1．(多選)把輕質(zhì)的導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線掛在磁鐵的N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈中心且在同一平面內(nèi)，如圖所示。當(dāng)線圈通過(guò)圖示電流時(shí)，線圈將()A．發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開磁鐵B．發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近磁鐵C．靜止不動(dòng)D．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)2．質(zhì)量為0.5kg的金屬桿在相距1m的水平軌道上與軌道垂直放置，金屬桿上通以I＝4A的恒定電流，方向如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直軌道平面豎直向上，金屬桿與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度g取10m/s2。金屬桿恰好不發(fā)生移動(dòng)，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為()A．2.0T B．1.0TC．0.50T D．0.25T3．(多選)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線，通過(guò)的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時(shí)針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是()A．均向左B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右D．a(chǎn)的向右，b的向左4．(多選)(2022·廣東佛山九江中學(xué)高二期中)如圖所示為某科技愛好者設(shè)計(jì)的電磁炮模型示意圖，水平發(fā)射軌道寬1m，軌道間有磁感應(yīng)強(qiáng)度為1×103T方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，炮彈(含相關(guān)附件)總質(zhì)量為0.5kg，當(dāng)電路中通20A的恒定電流時(shí)，炮彈從軌道左端開始加速，然后從軌道右端發(fā)射出去。忽略一切阻力，下列說(shuō)法正確的是()A．電流從a端流入b端流出B．電流從b端流入a端流出C．炮彈的加速度大小為1×104m/s2D．炮彈的加速度大小為4×104m/s25．a(chǎn)bcd是邊長(zhǎng)為d、質(zhì)量為m、粗細(xì)均勻的正方形金屬線框，用間距為d2的兩根豎直金屬線懸吊著，處于靜止?fàn)顟B(tài)，ab邊水平，線框處在垂直于線框平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，通過(guò)金屬線給線框通電，電流方向如圖所示，電流大小為I，線框仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度為g，則每根金屬線的張力大小為(A．12B．12C．12D．126．如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)S的瞬間()A．A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變B．A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變C．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大7．(多選)(2022·北京二中高二期中)如圖所示為研究平行通電直導(dǎo)線之間相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置。接通電路后發(fā)現(xiàn)兩根導(dǎo)線均發(fā)生形變，此時(shí)通過(guò)導(dǎo)線M和N的電流大小分別為I1和I2，已知I1>I2，方向均向上。若用F1和F2分別表示導(dǎo)線M與N受到的磁場(chǎng)力，則下列說(shuō)法正確的是()A．兩根導(dǎo)線相互吸引B．為判斷F1的方向，需要知道I1和I2的合磁場(chǎng)方向C．兩個(gè)力的大小關(guān)系為F1>F2D．僅增大電流I2，F(xiàn)1、F2會(huì)同時(shí)都增大8．(2022·廣東廣州高二期中)如圖所示，在與水平方向成60°的光滑金屬導(dǎo)軌間連一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一所受重力為3N的金屬棒ab，棒上通以3A的電流，磁場(chǎng)的大小方向可變。要使金屬棒靜止，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為()A．12T B．C．32T D．39．(2022·湖南卷)如圖甲所示，直導(dǎo)線MN被兩等長(zhǎng)且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸OO′上，其所在區(qū)域存在方向垂直指向OO′的磁場(chǎng)，與OO′距離相等位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等且不隨時(shí)間變化，其截面圖如圖(b)所示。導(dǎo)線通以電流I，靜止后，懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖甲右側(cè)位置時(shí)，導(dǎo)線中電流方向由N指向MB．電流I增大，靜止后，導(dǎo)線對(duì)懸線的拉力不變C．tanθ與電流I成正比D．sinθ與電流I成正比二、非選擇題10．如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.4m，其所在平面與水平面夾角θ＝37°，且處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E＝4.5V、內(nèi)阻r＝0.5Ω的直流電源?，F(xiàn)把一根質(zhì)量m＝0.04kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，此時(shí)導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌兩接觸點(diǎn)間的電阻之和為R＝2.5Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流大小；(2)求導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小及方向；(3)不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，在垂直導(dǎo)體棒的平面內(nèi)，將磁場(chǎng)沿順時(shí)針方向緩慢轉(zhuǎn)過(guò)角度α，使導(dǎo)體棒和金屬導(dǎo)軌之間的摩擦力恰好為0，求角度α的大小。11．(2022·河南宜陽(yáng)第一高級(jí)中學(xué)高二階段練習(xí))如圖所示，兩平行導(dǎo)軌間距為l＝0.5m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為m＝60g，電阻為R＝1Ω，與導(dǎo)軌豎直部分接觸良好。已知電源電動(dòng)勢(shì)為E＝3V，內(nèi)阻為r＝0.5Ω，定值電阻R0＝1.5Ω。在導(dǎo)體棒所在空間加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中僅用一根磁感線表示)，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)體棒，且與豎直方向夾角為θ＝37°，導(dǎo)體棒始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知重力加速度g取10m/s2，則：(1)若導(dǎo)軌豎直部分光滑，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)若導(dǎo)軌豎直部分與導(dǎo)體棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍。12．如圖所示，兩個(gè)不計(jì)電阻的金屬圓環(huán)表面光滑，已知環(huán)半徑為1.0m，豎直固定在天花板上，金屬環(huán)面平行，相距0.1m，兩環(huán)之間有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩環(huán)分別與電源正負(fù)極相連?，F(xiàn)將一質(zhì)量為0.06kg的導(dǎo)體棒輕放在環(huán)的最低點(diǎn)，導(dǎo)體棒與環(huán)有良好電接觸，重力加速度g＝10m/s2，當(dāng)開關(guān)閉合后，導(dǎo)體棒能沿金屬圓環(huán)上滑。(1)當(dāng)導(dǎo)體棒滑到最高點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)體棒跟環(huán)心的連線與豎直向下的方向夾角為37°，通過(guò)導(dǎo)體棒的電流為多大？(2)電源電動(dòng)勢(shì)為3V，電源內(nèi)阻為0.25Ω，則導(dǎo)體棒電阻為多大？(3)導(dǎo)體棒最終靜止在金屬圓環(huán)某一位置不動(dòng)，在此位置上棒對(duì)每一個(gè)環(huán)的壓力為多少？(結(jié)果可用根式表示)素養(yǎng)提升練(一)123456789BDDCDBDADADCD1．BD[將導(dǎo)線圈等效為正方形線圈時(shí)，在磁場(chǎng)中，左、右兩邊分別受向內(nèi)和向外的安培力，又由右手螺旋定則可知，線圈向外一面為S極，因?yàn)楫惷艠O相互吸引，因此從上往下看，線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵，故B、D正確。]2．D[由左手定則判斷安培力方向向左，根據(jù)平衡條件可得BIl=μmg，解得B=0.25T，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。]3．CD[由右手螺旋定則可知，若a、b兩導(dǎo)線的電流方向相同，在矩形線框上、下邊處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，由于矩形線框上、下邊的電流方向相反，則矩形線框上、下邊所受的安培力方向相同，所以不可以平衡，則要使矩形線框靜止，a、b兩導(dǎo)線的電流方向相反，故C、D正確。]4．BD[由左手定則可知，電流從b端流入a端流出，A錯(cuò)誤，B正確；炮彈的加速度大小為a=BIlm=103×20×10.5m/s2=4×104m/s5．A[根據(jù)左手定則可知，正方形金屬線框受到總的安培力方向向下，安培力的大小為FA=BI×12d=12BId，因此每根金屬線的張力大小為F=12mg+14BId6．D[當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時(shí)，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確。]7．AD[運(yùn)用結(jié)論解題，平行直導(dǎo)線，同向相互吸引，反向相互排斥，A正確；磁場(chǎng)力F1的方向，根據(jù)左手定則來(lái)判斷，由I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與I1的電流方向共同決定，但不需知道合磁場(chǎng)的方向，故B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)力F1和F2是兩導(dǎo)線相互作用力，所以一定滿足等大反向共線，故C錯(cuò)誤；在僅增大電流I2時(shí)，I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)增大，所以F1會(huì)增大，又由于兩相互作用力始終滿足F1=F2，所以，兩力會(huì)同時(shí)增大，故D正確。]8．C[金屬棒受到重力、支持力和安培力，根據(jù)力的三角形法則，當(dāng)安培力和支持力垂直時(shí)，安培力最小，則有BIl=mgsin60°，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為B=mgsin60°Il=3×323×19．D[當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖甲右側(cè)位置時(shí)，對(duì)導(dǎo)線受力分析有可知要讓安培力為圖示方向，則導(dǎo)線中電流方向應(yīng)由M指向N，A錯(cuò)誤；由于與OO'距離相等位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等且不隨時(shí)間變化，有sinθ=BIlmg，F(xiàn)T=mgcosθ，則可看出sinθ與電流I成正比，當(dāng)I增大時(shí)θ增大，則cosθ減小，靜止后，導(dǎo)線對(duì)懸線的拉力FT減小，B、C錯(cuò)誤，D正確。10．解析：(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得：I=E代入數(shù)據(jù)解得：I=1.5A。(2)安培力F=BIl=0.3N，方向沿斜面向上根據(jù)平衡條件可得：mgsin37°+Ff=F代入數(shù)據(jù)解得Ff=0.06N，方向沿斜面向下。(3)摩擦力為零，根據(jù)平衡條件可得：mgsin37°=Fcosα代入數(shù)據(jù)解得：α=37°。答案：(1)1.5A(2)0.06N，方向沿斜面向下(3)37°11．解析：(1)由受力分析得BIlsinθ=mg由閉合電路歐姆定律有I=ER+r+R0，聯(lián)立解得B=(2)當(dāng)B較小時(shí)，靜摩擦力向上，則B1Ilsinθ+μB1Ilcosθ=mg解得B1=mgR+當(dāng)B較大時(shí)，靜摩擦力方向向下，則B2Ilsinθ-μB2Ilcosθ=mg，解得B2=mgR+故磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍為1.2T≤B≤6T。答案：(1)2T(2)1.2T≤B≤6T12．解析：(1)設(shè)金