（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册课时分层作业 安培力作用下导体的运动检测.doc

1、1/9 课时分层作业课时分层作业 (教师用书独具教师用书独具) (建议用时：建议用时：25 分钟分钟) 1(多选多选)把轻质的导线圈用绝缘细线挂在磁铁的把轻质的导线圈用绝缘细线挂在磁铁的 N 极附近极附近，磁铁的轴线穿磁铁的轴线穿 过线圈中心且在同一平面内过线圈中心且在同一平面内，如图所示如图所示。当线圈通过图示电流时当线圈通过图示电流时，线圈将线圈将() A发生转动同时离开磁铁发生转动同时离开磁铁 B发生转动同时靠近磁铁发生转动同时靠近磁铁 C静止不动静止不动 D从上往下看顺时针转动从上往下看顺时针转动 BD由右手螺旋定则可知由右手螺旋定则可知， 线圈向外一面为线圈向外一面为 S 极极， 因

2、为异名磁极相互吸引因为异名磁极相互吸引， 因此从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时靠近磁铁，故因此从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时靠近磁铁，故 B、D 正确。正确。 2质量为质量为 0.5 kg 的金属杆在相距的金属杆在相距 1 m 的水平轨道上与轨道垂直放置 的水平轨道上与轨道垂直放置，金属金属 杆上通以杆上通以 I4 A 的恒定电流的恒定电流，方向如图所示方向如图所示，匀强磁场匀强磁场 B 垂直轨道平面竖直向垂直轨道平面竖直向 上上，金属杆与轨道间的动摩擦因数为金属杆与轨道间的动摩擦因数为 0.2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重重 力加速度力加速度 g

3、 取取 10 m/s2。金属杆恰好不发生移动金属杆恰好不发生移动，则匀强磁场的磁感应强度则匀强磁场的磁感应强度 B 的的 大小为大小为() A2.0 TB1.0 T C0.50 TD0.25 T D由左手定则判断安培力方向向左由左手定则判断安培力方向向左，根据平衡条件可得根据平衡条件可得 BILmg，解解得得 B0.25T，故选项，故选项 D 正确，正确，A、B、C 错误。错误。 3如图所示如图所示，两根光滑金属导轨平行放置两根光滑金属导轨平行放置， ，导轨所在平面与水平面间的夹导轨所在平面与水平面间的夹 角为角为，整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中。金属杆金

4、属杆 ab 垂直导轨放置垂直导轨放置，当当 2/9 金属杆金属杆 ab 中通有从中通有从 a 到到 b 的恒定电流的恒定电流 I 时时，金属杆金属杆 ab 刚好静止刚好静止。则则() A磁场方向竖直向上磁场方向竖直向上 B磁场方向竖直向下磁场方向竖直向下 C金属杆金属杆 ab 受平行导轨向上的安培力受平行导轨向上的安培力 D金属杆金属杆 ab 受水平向左的安培力受水平向左的安培力 A如果磁场方向竖直向上时，由左手定则可知，金属杆所受安培力水平如果磁场方向竖直向上时，由左手定则可知，金属杆所受安培力水平 向右，金属杆所受合力可能为零，金属杆可以静止，故向右，金属杆所受合力可能为零，金属杆可以静止

5、，故 A 正确；如果磁场方向正确；如果磁场方向 竖直向下时，由左手定则可知，金属杆所受安培力水平向左，金属杆所受合力竖直向下时，由左手定则可知，金属杆所受安培力水平向左，金属杆所受合力 不可能为零，金属杆不可能静止；只有磁场的方向垂直斜面向上时，才会受到不可能为零，金属杆不可能静止；只有磁场的方向垂直斜面向上时，才会受到 平行于导轨向上的力。故平行于导轨向上的力。故 B、C、D 错误。错误。 4(多选多选)如图所示如图所示，在光滑的水平桌面上在光滑的水平桌面上，a 和和 b 是两条固定的平行长直导是两条固定的平行长直导 线线，通过的电流强度相等通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间矩

6、形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向通有顺时针方向 的电流的电流，在在 a、b 产生的磁场作用下静止产生的磁场作用下静止。则则 a、b 的电流方向可能是的电流方向可能是() A均向左均向左B均向右均向右 Ca 的向左的向左，b 的向右的向右Da 的向右的向右，b 的向左的向左 CD由右手螺旋定则可知，若由右手螺旋定则可知，若 a、b 两导线的电流方向相同，在矩形线框两导线的电流方向相同，在矩形线框 上、下边处产生的磁场方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向也相反，上、下边处产生的磁场方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向也相反， 则矩形线框上、下边所受的安培力方向相同，所以不可以平衡

7、，则要使矩形线则矩形线框上、下边所受的安培力方向相同，所以不可以平衡，则要使矩形线 框静止，框静止，a、b 两导线的电流方向相反，故两导线的电流方向相反，故 C、D 正确。正确。 5(多选多选)电流天平是一种测量磁场力的装置电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示如图所示。两相距很近的通两相距很近的通 电平行线圈电平行线圈和和，线圈线圈固定固定，线圈线圈置于天平托盘上置于天平托盘上。当两线圈均无电流当两线圈均无电流 通过时通过时，天平示数恰好为零天平示数恰好为零。下列说法正确的是下列说法正确的是() 3/9 A当天平示数为负时当天平示数为负时，两线圈电流方向相同两线圈电流方向相同 B当天平示数

8、为正时当天平示数为正时，两线圈电流方向相同两线圈电流方向相同 C线圈线圈对线圈对线圈的作用力等于线圈的作用力等于线圈对线圈对线圈 的作用力的作用力 D线圈线圈对线圈对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力是一对相互作用力的作用力是一对相互作用力 AC当天平示数为负时当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同两线圈电流方向相同，故故 A 正确正确；当天平示数为正时当天平示数为正时，说明两线圈相互排斥说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反两线圈电流方向相反，故 故 B 错误；线圈错误；线圈和线圈和线圈之间的作用力是一对相互作用力，二者等大反向，故之间的

9、作用力是一对相互作用力，二者等大反向，故 C 正确正确；线圈线圈对线圈对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力不是一对相互作用力的作用力不是一对相互作用力， 它们作用在一个物体上，故它们作用在一个物体上，故 D 错误。错误。 6(多选多选)根据磁场对电流会产生作用力的原理根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮人们研制出一种新型的炮 弹发射装置弹发射装置电磁炮电磁炮，它的基本原理如图所示它的基本原理如图所示，下列结论中正确的是下列结论中正确的是() A要使炮弹沿导轨向右发射要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自必须通以自 M 向向 N 的电流的电流 B要想提高炮弹的发

10、射速度要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流可适当增大电流 C要想提高炮弹的发射速度要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度可适当增大磁感应强度 D使电流和磁感应强度的方向同时反向使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向炮弹的发射方向亦将随之反向 ABC要使炮弹沿导轨向右发射要使炮弹沿导轨向右发射， 即安培力方向向右即安培力方向向右， 根据左手定则可知根据左手定则可知， 必须通以自必须通以自 M 向向 N 的电流的电流，故故 A 正确正确；要想提高炮弹的发射速度要想提高炮弹的发射速度，即增大安培即增大安培 力的大小，根据力的大小，根据 FBIL，所以可适当增大电流或磁感

11、应强度，故，所以可适当增大电流或磁感应强度，故 B、C 正确；正确； 若使电流和磁感应强度的方向同时反向，则安培力方向不变，所以炮弹的发射若使电流和磁感应强度的方向同时反向，则安培力方向不变，所以炮弹的发射 方向不变，故方向不变，故 D 错误。错误。 7(多选多选)如图所示如图所示，一根质量为一根质量为 m 的金属棒的金属棒 AC 用软线悬挂在磁感应强度用软线悬挂在磁感应强度 4/9 为为 B 的匀强磁场中的匀强磁场中，通入通入 AC 方向的电流时方向的电流时，悬线张力不为零悬线张力不为零，欲使悬线张欲使悬线张 力为零力为零，可以采用的办法是可以采用的办法是() A不改变电流和磁场方向不改变电

12、流和磁场方向，适当增大电流适当增大电流 B只改变电流方向只改变电流方向，并适当减小电流大小并适当减小电流大小 C不改变磁场和电流方向不改变磁场和电流方向，适当增大磁感应强度大小适当增大磁感应强度大小 D同时改变磁场方向和电流方向同时改变磁场方向和电流方向，并适当增大磁感应强度大小并适当增大磁感应强度大小 ACD通入通入 AC 方向的电流时安培力方向向上方向的电流时安培力方向向上； 不改变电流和磁场方向不改变电流和磁场方向， 适当增大电流，可增大安培力，能使悬线张力为零，故适当增大电流，可增大安培力，能使悬线张力为零，故 A 正确；只改变电流方正确；只改变电流方 向，金属棒所受安培力方向向下，悬

13、线张力一定不为零，故向，金属棒所受安培力方向向下，悬线张力一定不为零，故 B 错误；不改变磁错误；不改变磁 场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感强度，安培力场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感强度，安培力 增大，能使悬线张力可为零，故增大，能使悬线张力可为零，故 C 正确；同时改变磁场方向和电流方向，安培正确；同时改变磁场方向和电流方向，安培 力的方向仍为上，并适当增大磁感应强度大小，可使悬线张力减为零，故力的方向仍为上，并适当增大磁感应强度大小，可使悬线张力减为零，故 D 正正 确。确。 8在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，

14、紧贴边缘内壁放一个圆环形电极紧贴边缘内壁放一个圆环形电极， 并把它们与电池的两极相连并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水例如盐水。如果如果 把玻璃皿放在磁场中把玻璃皿放在磁场中，如图所示如图所示，通过所学的知识可知通过所学的知识可知，当接通电源后从上向当接通电源后从上向 下看下看() A液体将顺时针旋转液体将顺时针旋转 B液体将逆时针旋转液体将逆时针旋转 C若仅调换若仅调换 N、S 极位置极位置，液体旋转方向不变液体旋转方向不变 D若仅调换电源正若仅调换电源正、负极位置负极位置，液体旋转方向不变液体旋转方向不变 B根据电势的高低可知电流由边缘

15、流向中心，器皿所在处的磁场竖直向根据电势的高低可知电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场竖直向 上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时 5/9 针方向旋转针方向旋转，故故 A 错误错误，B 正确正确；仅仅调换仅仅调换 N、S 极位置或仅仅调换电源的正负极位置或仅仅调换电源的正负 极位置，安培力方向肯定改变，故极位置，安培力方向肯定改变，故 C、D 均错误。均错误。 9如图所示如图所示，MN、PQ 为水平放置的金属导轨为水平放置的金属导轨，直导线直导线 ab 与导轨垂直放与导轨垂直放 置置，其电阻为其

16、电阻为 0.4 ，导轨间距导轨间距 L10 cm，导轨所在区域处在匀强磁场中导轨所在区域处在匀强磁场中，磁场磁场 方向竖直向下方向竖直向下，磁感应强度磁感应强度 B0.2 T。电池电动势电池电动势 E1.5 V，内电阻内电阻 r0.18 ， 电阻电阻 R1.6 ，开关开关 S 接通后直导线接通后直导线 ab 仍静止不动仍静止不动。求直导线求直导线 ab 所受的摩擦所受的摩擦 力的大小和方向力的大小和方向。 解析解析当开关闭合时当开关闭合时，导线处于平衡状态导线处于平衡状态，受力分析如图所示受力分析如图所示。 。电阻电阻 R 与与 导线导线 ab 并联。并联。 R并 并 RRab RRab 1.

17、6 0.4 1.60.4 0.32 ab 两端的电压为两端的电压为 UIR并 并 E R并 并 rR 并并 1.5 0.320.18 0.32 V0.96 V 通过通过 ab 的电流为的电流为 Iab U Rab 2.4A 导线导线 ab 所受的安培力所受的安培力 F 为为 FBIabL0.22.40.1 N0.048 N 由平衡条件可得由平衡条件可得 FfF0.048 N 所以导线所受的摩擦力大小为所以导线所受的摩擦力大小为 0.048 N，方向水平向左。，方向水平向左。 答案答案0.048 N方向水平向左方向水平向左 (建议用时：建议用时：15 分钟分钟) 6/9 10(多选多选)如图所示

18、如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁的两个磁极上方把一通电直导线放在蹄形磁铁的两个磁极上方，导线导线 可以自由地沿各个方向移动或转动可以自由地沿各个方向移动或转动，如果电流方向自左向右如果电流方向自左向右，导线的右端垂直导线的右端垂直 纸面向里转纸面向里转，则则() A转到与纸面垂直后导线再向下移动转到与纸面垂直后导线再向下移动 B导线在转动过程的同时就向下移动导线在转动过程的同时就向下移动 C磁铁右端的磁极是磁铁右端的磁极是 N 极极 D磁铁左端的磁极是磁铁左端的磁极是 N 极极 BD根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其运动情况根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其运动情况，将导线将导线

19、AB 从从 两极的中间两极的中间 O 分成两段，电流方向自左向右，导线的右端垂直纸面向里转，根分成两段，电流方向自左向右，导线的右端垂直纸面向里转，根 据左手定则可以判断磁铁左端的磁极是据左手定则可以判断磁铁左端的磁极是 N 极极； 根据导线转过根据导线转过 90时的特殊位置判时的特殊位置判 断其上下运动情况断其上下运动情况。如图所示如图所示，导线导线 AB 此时所受安培力方向竖直向下此时所受安培力方向竖直向下，导线将导线将 向下运动。向下运动。 由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安 培力使培力使 AB

20、 逆时针转动的同时还要向下运动，故逆时针转动的同时还要向下运动，故 B、D 正确。正确。 11如图甲所示如图甲所示，PQ 和和 MN 为水平平行放置的两光滑金属导轨为水平平行放置的两光滑金属导轨， ，两导轨相两导轨相 距距 L1 m， 导体棒导体棒 ab 垂直于导轨放在导轨上垂直于导轨放在导轨上， 导体棒的中点用细绳经滑轮与物导体棒的中点用细绳经滑轮与物 体相连体相连，细绳一部分与导轨共面且平行细绳一部分与导轨共面且平行，另一部分与导轨所在平面垂直另一部分与导轨所在平面垂直，物体物体 放在水平面上放在水平面上，匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为 B1 T，方向竖直向下方向竖直向下，开

21、始时绳子开始时绳子 刚好要绷紧刚好要绷紧，现给导体棒中通入电流现给导体棒中通入电流，使导体棒向左做加速运动使导体棒向左做加速运动，物体运动的物体运动的 加速度大小与导体棒中通入的电流大小关系如图乙所示加速度大小与导体棒中通入的电流大小关系如图乙所示，重力加速度大小为重力加速度大小为 g 10 m/s2。则物体和导体棒的质量分别为则物体和导体棒的质量分别为() 7/9 甲甲乙乙 A0.1 kg0.9 kgB0.9 kg0.1 kg C0.1 kg1.0 kgD1.0 kg 0.1 kg A从图乙可以看出从图乙可以看出， 当电流为当电流为 1A 时时， 物体开始有加速度物体开始有加速度， 则有则有

22、 BILmg， 代入数据代入数据，算得算得：m0.1 kg；当电流为当电流为 4A 时时，加速度为加速度为 3 m/s2，设棒的质量设棒的质量为为 m， 绳的拉力为绳的拉力为 T， 有有： BILTma， Tmgma 联立解得联立解得： m0.9 kg。 12如图所示如图所示，平行金属导轨间距平行金属导轨间距 L0.4 m，其所在平面与水平面夹角其所在平面与水平面夹角 37， 且处于磁感应强度且处于磁感应强度 B0.5 T、 方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场中方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场中。 金属导轨的一端接有电动势金属导轨的一端接有电动势 E4.5 V、内阻内阻 r0.5 的直流

23、电源的直流电源。现把一根质现把一根质 量量 m0.04 kg 的导体棒的导体棒 ab 放在金属导轨上放在金属导轨上，此时导体棒恰好静止此时导体棒恰好静止。导体棒与金导体棒与金 属导轨垂直且接触良好属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨两接触点间的电阻导体棒与金属导轨两接触点间的电阻 R2.5 ，金属金属 导轨电阻不计导轨电阻不计，g 取取 10 m/s2。已知已知 sin 370.6，cos 370.8。 (1)求流经导体棒的电流大小；求流经导体棒的电流大小； (2)求导体棒受到的摩擦力大小及方向求导体棒受到的摩擦力大小及方向 (3)不改变磁感应强度大小不改变磁感应强度大小，在垂直导体棒的平面

24、内在垂直导体棒的平面内，将磁场沿顺时针方向将磁场沿顺时针方向 缓慢转过角度缓慢转过角度，使导体棒和金属导轨之间的摩擦力恰好为使导体棒和金属导轨之间的摩擦力恰好为 0，求角度求角度的大小的大小。 解析解析(1)根据闭合电路的欧姆定律可得：根据闭合电路的欧姆定律可得：I E Rr 代入数据解得：代入数据解得：I1.5A。 (2)安培力安培力 FBIL0.3 N， 方向沿斜面向上方向沿斜面向上 根据平衡条件可得：根据平衡条件可得： 8/9 mgsin 37fF 代入数据解得代入数据解得 f0.06 N， 方向沿斜面向下。方向沿斜面向下。 (3)摩擦力为零，根据平衡条件可得：摩擦力为零，根据平衡条件可

25、得： mgsin 37Fcos 代入数据解得：代入数据解得： 37。 答案答案(1)1.5 A(2)0.06 N，方向沿斜面向下方向沿斜面向下(3)37 13如图所示如图所示，通电直导线通电直导线 ab 质量为质量为 m，水平地放置在倾角为水平地放置在倾角为的光滑导的光滑导 轨上轨上，导轨宽度为导轨宽度为 L，通以图示方向的电流通以图示方向的电流，电流为电流为 I，要求导线要求导线 ab 静止在斜静止在斜 面上面上。 (1)若磁场的方向竖直向上若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？则磁感应强度为多大？ (2)若要求磁感应强度最小若要求磁感应强度最小，则磁感应强度大小和方向应如何？则磁感应强

26、度大小和方向应如何？ 解析解析(1)若磁场方向竖直向上若磁场方向竖直向上， 从从 a 向向 b 观察观察， 导线受力情况如图甲所示导线受力情况如图甲所示。 由平衡条件得由平衡条件得 FNsin 0 mgNcos 0 其中其中 FBIL，联立可解得：，联立可解得：Bmgtan IL 。 甲甲乙乙 (2)若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与通电导线垂直，另一若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与通电导线垂直，另一 方面应调整磁场方向使与重力方面应调整磁场方向使与重力、支持力合力相平衡的安培力最小支持力合力相平衡的安培力最小。如图乙所示如图乙所示。 由力的矢量三角形讨论可知，当安培力方向与支持力垂直时，安培力最小，对由力的矢量三角形讨论可知，当安培力方向与支持力垂直时，安培力最小，对 应磁感应强度最小，设其值为应磁感应强度最小，设其值为 Bmin，则：，则：BminILmgsin ，即，即 Bminmgsin IL 9/9 根据左手定则知，该磁场方向垂直于斜面向上。根据左手定则知，该磁场方向垂直于斜面向上。 答案答案(1) mgtan IL (2) mgsin IL ，方向垂直于斜面向上方向垂直于斜面向上