高中人教版物理选修21 第二章第二节 安培力与磁电式仪表 同步测试.docx
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高中人教版物理选修21第二章第二节安培力与磁电式仪表同步测试
高中人教版物理选修2-1第二章
第二节安培力与磁电式仪表同步测试
一、单选题（共10题；共20分）
1.某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示，其中正确的是（ ）
A.
B.
C.
D.
2.如图7所示，通电直导线ab位于两平行导线横截面MN的连线的中垂线上，当平行导线通以同向等值电流时，以下说法中正确的是（ ）
A. ab顺时针旋转 B. ab逆时针旋转 C. a端向外，b端向里旋转 D. a端向里，b端向外旋转
3.如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中间的上方固定一根
长直导线A，现使导线内通过垂直于纸面向里的恒定电流，则磁铁受到
桌面的支持力大小变化情况是 （ ）
A. 不变
B. 减小图3
C. 增大
D. 无法判断
4.如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B="1"T的匀强磁场中，CO间距离10cm．当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为（ ）
A. 电流方向C→O B. 电流方向O→C C. 电流大小为1A D. 电流大小为0.5A
5.如图所示，匀强磁场中有一通电直导线，关于导线受到的安培力F，下列判断不正确的有（ ）
A. F方向向上
B. F与电流大小有关
C. F与磁感应强度大小有关
D. F与导线在磁场中的长度有关
6.下面四幅图表示了磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的是（ ）
A.
B.
C.
D.
7.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈圆心重合，当两线圈通入如图所示的电流时，从左向右看线圈L1将（ ）
A. 不动
B. 逆时针转动
C. 顺时针转动
D. 向纸面外运动
8.物体导电是由其中的自由电荷定向移动引起的，这些可以移动的自由电荷又叫载流子。
金属导体的载流子是自由电子，现代广泛应用的半导体材料分为两大类：
一类是N型半导体，它的载流子为电子；另一类是P型半导体，它的载流子为“空穴”，相当于带正电的粒子，如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图所示，且与前后侧面垂直，长方体中通有方向水平向右的电流，设长方体的上下表面M、N的电势分别为φM和φN，则下列判断中正确的是（ ）
A. 如果是P型半导体，有φM>φN
B. 如果是N型半导体，有φM<φN
C. 如果是P型半导体，有φM<φN
D. 如果是金属导体，有φM<φN
9.如图所示，在匀强磁场中有一通电直导线，电流方向垂直纸面向里，则直导线受到安培力的方向是（ ）
A. 向上 B. 向下 C. 向左 D. 向右
10.运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义。
从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用，现有来自宇宙的一束电子流以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时将（ ）
A. 相对于预定地点，稍向西偏转
B. 相对于预定地点稍向东偏转
C. 竖直向下沿直线射向地面
D. 相对于预定地点，稍向北偏转
二、多选题（共3题；共9分）
11.关于磁场对通电直导线的作用力（安培力），下列说法正确的是（ ）
A. 通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
12.南极考察队队员在地球南极附近用弹簧秤竖直悬挂一还未通电的螺线管，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将减小
B. 若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将增大
C. 若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧秤示数将增大
D. 若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧秤示数将减小
13.如图所示，两金属导轨倾斜放置，匀强磁场垂直导轨平面向上，导轨左端连接电源、滑动变阻器，在导轨上垂直导轨放置一金属棒，开关闭合后金属棒静止，当滑动变阻器的滑片P由左端向右端滑动时，金属棒仍保持静止，在此过程中金属棒所受摩擦力（ ）
A. 一定减小 B. 可能一直增大 C. 可能先减小后增大 D. 可能先增大后减小
三、填空题（共4题；共9分）
14.在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，放置一根与磁场方向垂直的长度为0.4m的通电直导线，导线中电流为1A，则该导线所受安培力大小为________ N；若让直导线与磁场方向平行，则该导线所受的安培力大小为________ N．
15.如图所示，质量为m的带正电小球能沿着竖直的绝缘墙竖直下滑，磁感应强度为B的匀强磁场方向水平，并与小球运动方向垂直。
若小球电荷量为q，球与墙间的动摩擦因数为μ，则小球下滑的最大速度为________，最大加速度为________。
16.如图所示，质量为m，长为L，通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上，匀强磁场磁感应强度为B，其方向与导轨平面成α角斜向上且和棒ab垂直，ab处于静止状态，则ab受到的摩擦力大小为________，方向为________，受到的支持力为________。
17.如图所示，把长为L的导体棒置于竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，导体棒与磁场方向垂直，棒中通有电流I，则导体棒所受安培力的大小为________．为增大导体棒所受的安培力，可采用的方法是________（填一种方法即可）．
四、综合题（共2题；共25分）
18.如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源．现把一个质量m=0.040kg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R0=2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2．已知sin37°=0.60，cos37°=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．
19.把一根长l=10cm的导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中，
（1）当导线中通以I1=2A的电流时，导线受到的安培力大小为1.0×10﹣7N，则该磁场的磁感应强度为多少？
（2）若该导线中通以I2=3A的电流，则此时导线所受安培力大小是多少？
方向如何？
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】A
【解析】【解答】解：
A、根据左手定则可知，A图中安培力方向应该向上，A符合题意；
B、根据左手定则可知，B图中安培力应该垂直于磁场斜向上，B不符合题意；
C、根据左手定则可知，C图中磁场方向和电流方向在同一直线上，不受安培力作用，C不符合题意
D、根据左手定则可知，D图中安培力方向垂直于导体棒向上，D不符合题意．
故答案为：
A．
【分析】应用左手定则可以判断安培力的方向，安培力的方向应该垂直于电流和磁感应强度的平面。
磁场方向和电流方向在同一直线上不受安培力。
2.【答案】C
【解析】【分析】首先分析出两个平行电流在直线电流ab处产生的磁场情况，如图所示，两电流产生的、在直线电流ab上部分的磁感线方向都是从左向右，则ab上部分电流受到的安培力方向垂直纸面向外；ab下部分处的磁感线方向都是从右向左，故ab下部分电流受到的安培力方向垂直纸面向里.所以，导线的a端向外转动，导线的b端向里转动.
【点评】本题难度中等，关键是能够画出a、b两部分磁场方向，合磁场方向，并能想到用微元法把通电电流分为上下两部分，再由左手定则判断上下两部分所受安培力方向
3.【答案】C
【解析】【分析】以通电直导线为研究对象，由左手定则判断其受安培力向上，则由牛顿第三定律知磁铁受通电直导线的安培力向下，即对桌面的压力增大，所以磁铁受到桌面的支持力增大．C项正确。
4.【答案】B
【解析】【分析】由
得到
CD错；因开关跳开时，要求安培力向左，由左手定则得电流方向O→C，B对A错。
【点评】难度较小，学生要熟练运用安培力公式，左手定则解相关问题。
5.【答案】A
【解析】【解答】A、如图可知，通电导线与磁场垂直，由左手定则可知，安培力向下，故A错误；B由F=BIL可知，F与电流、磁感应强度、导线的长度有关，故BCD正确；
故选：
A
【分析】通电直导线在磁场中受到的安培力方向利用左手定则判断．让磁感线穿过左手手心，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向，大小F=BIL．
6.【答案】B
【解析】【解答】解：
A、根据左手定则，洛伦兹力方向竖直向下．故A错误．
B、根据左手定则，洛伦兹力方向竖直向上．故B正确．
C、根据左手定则，洛伦兹力方向垂直纸面向外．故C错误．
D、电荷的运动方向与磁场方向平行，电荷不受洛伦兹力．故D错误．
故选：
B．
【分析】伸开左手，让大拇指与四指方向垂直，并且在同一个平面内，磁感线通过掌心，四指方向与正电荷运动方向相同，大拇指所指的方向为洛伦兹力方向．
7.【答案】B
【解析】【分析】由又说螺旋定则可知L2形成的磁场在垂直纸面方向上为垂直纸面向里，由左手定则可知L1外面部分所受安培力方向竖直向上，同理判断L1里面部分所受安培力竖直向下，所以L1左向右看逆时针转动，B对。
【点评】本题难度中等，同时考查了安培定则和右手螺旋定则的综合应用，滑行电流的磁场分布要注意内部和外部磁场方向的区分，大拇指指向为磁场内部S极指向N极的方向。
8.【答案】C
【解析】【分析】如果是P型半导体，由左手定则知带正电的粒子向N板偏转，所以N板的电势高，即φM<φN，C对，A错；如果是N型半导体，金属导体，由左手定则知电子向N板偏转，所以N板的电势地，即φM>φN，BD错。
【点评】本题学生会用左手定则判断正负粒子的偏转。
9.【答案】C
【解析】【解答】根据左手定则：
伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向下穿过手心，则手心朝上．四指指向电流方向，则指向纸里，拇指指向安培力方向：
向左．故选：
C
【分析】通电直导线在磁场中受到的安培力方向利用左手定则判断．让磁感线穿过左手手心，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．
10.【答案】A
【解析】【分析】根据地球磁场的分布，由左手定则可以判断粒子的受力的方向，从而可以判断粒子的运动的方向。
据地球磁场的分布可知，赤道上空磁场由南向北，当一束电子垂直于地面向赤道时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转。
故选A。
【点评】掌握地磁场的分布情况是解题的关键，注意由左手定则判断粒子受力方向时，四指应指向正电荷的运动方向。
二、多选题
11.【答案】B,C,D
【解析】【解答】解：
A、放在匀强磁场中的通电导线，如果电流与磁场平行，则一定不受磁场的作用力，故A错误；
BCD、当电流与磁场不平行时，根据左手定则，知磁场对通电导线的安培力方向一定既垂直于电流方向，又垂直于磁场方向，即垂直于由B和I所确定的平面，故BCD正确；
故选：
BCD．
【分析】当电流与磁场平行时，不受安培力；当电流与磁场不平行时，根据左手定则判断安培力方向．
12.【答案】A,C
【解析】【解答】解：
A、B、若将a端接电源正极，b端接电源负极，则根据安培定则可知，螺线管的下端是磁场的N极，磁场的方向向下；又南极附近的磁场的方向向上，所以螺旋管将受到排斥力，弹簧测力计示数将减小．故A正确，B错误；
C、若将b端接电源正极，a端接电源负极，则根据安培定则可知，螺线管的上端是磁场的N极，磁场的方向向上；又南极附近的磁场的方向向上，所以螺旋管将受到吸引力，弹簧测力计示数将增大．故C正确；
D、由上分析可知，故D错误．
故选：
AC．
【分析】根据安培定则，结合电流的方向判断出通电螺线管的磁场的方向，然后根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引即可判定．
13.【答案】B,C
【解析】【解答】解：
当滑动变阻器的滑片p由左端向右端滑动时，变阻器在路电阻减小，电路中电流增大，金属棒所受的安培力增大．
变阻器滑片移动之前，
若金属棒的重力沿斜面向下的分力等于安培力，金属棒不受静摩擦力，当安培力增大时，金属棒将向上运动趋势，受到沿斜面向下的静摩擦力，静摩擦力增大；
若金属棒的重力沿斜面向下的分力小于安培力，金属棒所受静摩擦力沿斜面向下，当安培力增大时，根据平衡条件得知，静摩擦力增大；
若金属棒的重力沿斜面向下的分力大于安培力，金属棒所受静摩擦力沿斜面向上，当安培力增大时，根据平衡条件得知，静摩擦力或能一直减小，也可能先减小后反向增大；故BC正确，AD错误．
故选：
BC
【分析】金属棒保持静止，先分析原来所受的静摩擦力可能的方向．当滑动变阻器的滑片p由左端向右端滑动时，变阻器在路电阻减小，电路中电流增大，金属棒所受的安培力增大，再根据平衡条件分析静摩擦力的变化情况
三、填空题
14.【答案】0.2；0
【解析】【解答】解：
在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，放置一根与磁场方向垂直的长度为0.4m的通电直导线，导线中电流为1A，则该导线所受安培力大小为：
F=BIL=0.5T×1A×0.4m=0.2N；
若让直导线与磁场方向平行，则该导线不受安培力；
故答案为：
0.2，0．
【分析】通电导线在磁场中的受到安培力作用，由公式F=BILsinθ求出安培力大小，由左手定则来确定安培力的方向．安培力方向始终与电流与磁场所构成的平面垂直．
15.【答案】
；g
【解析】【解答】当小球刚开始下滑时，有最大加速度，即a＝g
当小球的加速度为零时，有最大速度，即mg＝μf
f＝qvB
解得v＝
【分析】刚开始运动时并无阻力，加速度最大，为g；在合力为零时速度最大，重力与摩擦力平衡，同时与墙面弹力与洛伦兹力等大反向。
16.【答案】BILsinα；水平向右；mg－BILcosα
【解析】【解答】因为棒ab处于静止状态，由水平方向受力平衡，可得Ff＝F安sinα＝BILsinα，方向水平向右；竖直方向上受力平衡，得F安cosα＋FN＝mg，则FN＝mg－BILcosα。
【分析】安培力与磁感应强度和导体棒组成的平面垂直，根据受力平衡：
安培力的水平分量与静摩擦力等大反向；竖直分量和支持力与重力等大反向
17.【答案】BIL；增大电流或增加导线长度
【解析】【解答】解：
安培力的公式F=BIL，增大安培力可以增大电流或增加导线长度．
故答案为：
BIL，增大电流或增加导线长度．
【分析】安培力的大小公式F=BIL．（B⊥L）
四、综合题
18.【答案】
（1）解：
根据闭合电路欧姆定律，有：
I=
=
=1.5A
（2）解：
导体棒受到的安培力：
F安=BIL=0.5×1.5×0.4=0.30N
（3）解：
导体棒受力如图，将重力正交分解，如图：
F1=mgsin37°=0.24N
F1＜F安，根据平衡条件：
mgsin37°+f=F安
代入数据得：
f=0.06N
【解析】【分析】
（1）根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小．
（2）根据安培力的公式F=BIL求出安培力的大小．（3）导体棒受重力、支持力、安培力、摩擦力处于平衡，根据共点力平衡求出摩擦力的大小．
19.【答案】
（1）由B=
代入数据得：
B=5×10﹣7T
故磁场的磁感应强度为5×10﹣7T．
（2）由F=BIL
代入数据得：
F=1.5×10﹣7N
方向竖直向上
故安培力的大小1.5×10﹣7N，方向竖直向上．
【解析】【解答】
（1）由B=
代入数据得：
B=5×10﹣7T
故磁场的磁感应强度为5×10﹣7T．
（2）由F=BIL
代入数据得：
F=1.5×10﹣7N
方向竖直向上
故安培力的大小1.5×10﹣7N，方向竖直向上．
【分析】
（1）已知B与L互相垂直，根据安培力的公式F=BIL，求磁感应强度B．
（2）根据安培力的公式F=BIL，求出安培力的大小，并用左手定则判断出安培力的方向．
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