2022届全国高三物理模拟试题汇编：安培力及左手定则及答案

 安培力及左手定则

一、单选题

1．小明同学制作了一个有趣的“简易电动机”，将一节5号干电池的正极向上，几块圆柱形强磁铁片（能导电）吸附在电池的负极上，把一段裸铜导线弯折成一个线框，如图甲所示，线框上端的中点折出一个突出部分与电池的正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，如图乙所示，放手后线框就会转动起来。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　）

A．若磁铁N极朝上，从上往下看，该线框逆时针旋转

B．若将磁铁上下对调，“电动机”转动方向可能不变

C．若在磁铁下面再吸附一块同样的磁铁片，转动稳定后转速更大

D．“简易电动机”由静止到转动起来的过程中，电源的功率不断增大

2．中国电磁炮技术世界领先，下图是一种电磁炮简易模型。间距为L的平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则（　　）

A．磁场方向竖直向下

B．闭合开关瞬间，安培力的大小为

C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大

D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射

3．如图甲所示是一种可手摇发电的手电筒，除照明外还可手摇发电为手机充电。其原理回路处在磁感应强度为0.01T的匀强磁场中，磁场方向如图乙所示，图乙时刻半圆形导线束位于纸面内。从右向左看，手柄以rad/s逆时针匀速转动，则（　　）

A．该手摇电筒中的电流是直流电

B．图乙时刻半圆形导线束上电流从A到B

C．图乙时刻半圆形导线束受安培力大小为0

D．图乙所示电流表的示数为0.4A

4．Ioffe-Prichard磁阱常用来约束带电粒子的运动。如图所示，四根通有大小相等且为恒定电流的长直导线垂直穿过xOy平面，1、2、3、4直导线与xOy平面的交点成边长为2a的正方形且关于x轴和y轴对称，各导线中电流方向已标出，已知通电无限长直导线产生的磁感应强度大小与到直导线距离成反比。下列说法正确的是（　　）

A．直导线1、2之间的相互作用力为吸引力

B．4根直导线在O点的磁感应强度方向沿y轴正方向

C．直导线2受到直导线1、3、4的作用力合力方向背离O点

D．直导线1、2在O点的合磁场的磁感应强度方向沿y轴正方向

5．半径为R的内壁绝缘光滑的半圆筒如图所示固定，在a、b、c三点分别垂直于纸面放置三根等长的长直导线（a、b两点位于水平直径两端），导线a中通有垂直纸面向里、大小为I1的恒定电流，导线c中电流方向也垂直纸面向里，但大小未知。导线a、b固定，导线c处于静止状态，且与筒壁间无相互作用力，Oc与Oa的夹角为θ=60°。已知长直导线在距导线r处产生磁场的磁感应强度大小为B=（k为常数，I为长直导线中的电流），不考虑边缘效应，则b中通过电流的大小和方向为（　　）

A．电流大小为I1、方向垂直纸面向里

B．电流大小为I1、方向垂直纸面向里

C．电流大小为I1、方向垂直纸面向外

D．电流大小为I1、方向垂直纸面向外

6．如图所示，某物理兴趣小组制作了一种可“称量”磁感应强度大小的实验装置。U形磁铁置于水平电子测力计上，U形磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，不计两极间以外区域磁场。一水平导体棒垂直磁场方向放入U形磁铁两极之间（未与磁铁接触），导体棒由两根绝缘杆固定于铁架台上。导体棒没有通电时，测力计的示数为；导体棒通以图示方向电流I（如图所示）时，测力计的示数为。测得导体棒在两极间的长度为L，磁铁始终静止，不考虑导体棒电流对磁铁磁场的影响。下列说法正确的是（　　）

A．导体棒所在处磁场的磁感应强度大小为

B．导体棒所在处磁场的磁感应强度大小为

C．若使图示方向电流增大，被“称量”的磁感应强度将减小

D．若通以图示大小相等方向相反的电流I，测力计示数将变为

7．处于纸面内的平行直导线1、2中的电流大小分别为I1、I2，方向如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．导线1、2受安培力的方向始终共面，但不一定在纸面

B．导线1、2受安培力的方向始终在纸面内，可能相同也可能相反

C．若I1<I2，则导线2受到的安培力一定大于导线1受到的安培力

D．若I1<I2，则导线2在导线1处产生的磁感应强度一定大于导线1在导线2处产生的磁感应强度

8．如图所示，半径为r =2 m的金属圆环放在绝缘粗糙水平桌面上，圆环电阻为R=4 Ω， ab为圆环的一条弦，对应的圆心角为90°。在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=4t+1 （T） ，圆环在桌上未动。则（　　）

A．圆环中产生顺时针方向的感应电流

B．圆环受到桌面的静摩擦力，方向垂直ab向右

C．圆环中感应电流的大小为（π-2）A

D．图中穿过圆环的磁通量随时间增大，电动势也增大

9．两根质量均为，长度均为的长直导线水平、平行放置，两导线中通入的电流均为，但电流方向相反，如图所示一根导线位于水平地面上，另一根导线位于其正上方。当外加匀强磁场水平向右，两根导线间距为时恰能静止不动。当外加匀强磁场水平向左，两根导线间距为时恰能静止不动。已知长直导线产生的磁感应强度与到导线的距离成反比、与电流强度成正比，重力加速度为，则外加匀强磁场的磁感应强度为（　　）

A． B． C． D．

二、多选题

10．用如图（a）所示的装置研究安培力，线圈的一端悬挂于弹簧测力计上，另一端放置在匀强磁场中。某次实验获得测力计读数随电流变化的F-I图像如图（b）所示，图中F1、F0和I1为已知量，线圈匝数为n，重力加速度为g，忽略线圈上边所在位置处的磁场，通过以上已知量可求出（　　）

A．线圈的质量

B．线圈在磁场中的有效长度

C．线圈所在磁场的磁感应强度

D．磁感应强度与线圈有效长度的乘积

11．在纸面内固定三根间距相等的竖直长直导线a、b、c，导线a、b、c中通过的电流相等、方向如图所示。若在三根导线所在空间内加上磁感应强度方向垂直导线的匀强磁场后，导线b所受安培力的合力方向水平向左，则下列说法正确的是（　　）

A．所加磁场的磁感应强度方向垂直纸面向外

B．所加磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里

C．加上磁场后，导线a所受安培力的合力方向一定水平向左

D．加上磁场后，导线c所受安培力的合力方向一定水平向右

12．如图，空间中有三根相互平行且质量均为m的长直导线，三根导线中通有方向垂直纸面向里且大小为I的电流，导线横截面恰好构成等边三角形的顶点，已知A导线在C处产生的磁感应强度的大小为，C导线放在水平地面上且处于静止状态，C导线长度为L，下列说法正确的是（　　）

A．导线在C处产生的合磁场方向竖直向下

B．C导线所受的安培力大小为，方向水平向右

C．C导线所受的静摩擦力大小为，方向水平向右

D．C导线对地面的压力的大小为

13．一长为2m、电流强度为1A的通电直导线处于匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为0.5T，则该通电直导线所受磁场作用力大小可能为（　　）

A．0 B．1N C．2N D．3N

三、综合题

14．如图所示，倾角为的光滑斜面处于竖直向上的匀强磁场中，现将一表面绝缘的通电导体棒放置在斜面上，棒中电流方向垂直纸面向里。已知导体棒始终保持静止状态，导体棒质量m=0.1kg，棒中电流I=0.5A，导体棒长度L=2m，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6。求：

（1）磁感应强度的大小：

（2）若将磁场方向在纸面内任意转动，求磁感应强度最小值和此时的磁场方向；

（3）若斜面粗糙且动摩擦因数=0.5，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，求竖直向上磁场的磁感应强度范围。

15．如图所示，在xOy平面内固定一圆形金属线框，圆心为O1，半径为R，与y轴相切于原点O。空间存在方向垂直于xOy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一长度为2R的均匀导体棒MN，以速率v0由O点开始沿x轴正方向在金属线框上匀速滑过。运动过程中导体棒MN始终与y轴平行，并且中点始终在x轴上，与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为r，金属框电阻可忽略。求：

（1）导体棒MN运动到O1位置时，通过MN的电流大小和方向；

（2）导体棒MN运动位移为x（0≤x≤2R）时，导体棒所受安培力的大小。

答案解析部分

1．【答案】C

2．【答案】B

3．【答案】C

4．【答案】C

5．【答案】A

6．【答案】D

7．【答案】D

8．【答案】C

9．【答案】C

10．【答案】A,D

11．【答案】A,D

12．【答案】A,C

13．【答案】A,B

14．【答案】（1）解：导体棒处于平衡状态BIL=mgtanθ

得B=0.75T

（2）解：安培力最小时磁感应强度也最小BIL=mgsinθ

得B=0.6T

方向垂直于斜面向上

（3）解：导体棒刚好要沿斜面下滑，磁感应强度最小mgsinθ=B1ILcosθ+μ（mgcosθ+B1ILsinθ）

得B1=T

导体棒刚好要沿斜面上滑，磁感应强度最大mgsinθ+μ（mgcosθ+B2ILsinθ）=B2ILcosθ得B2=2T

磁感应强度的范围为：T≤B≤2T

15．【答案】（1）解：在O1位置导体棒MN产生的电动势

电流

由以上两式可得

右手定则可以判断通过MN的电流方向：

（2）解：导体棒MN运动位移为x时，导体棒连入回路的有效切割长度为l´，电动势

电流

受到的安培力

0 ≤ x ≤ R时，由几何关系可知

可得安培力

R ≤ x ≤ 2R时，由几何关系可知

可得安培力