滚动检测(五)　磁场及安培力
(时间：60分钟　满分：100分)

一、单项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1．下列说法正确的是        (　　)．　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．只有磁铁周围才有磁场
B．电荷的周围除有电场之外还有磁场
C．电流产生磁场说明电与磁是相互联系的
D．磁铁的磁场与电流周围的磁场是两种完全不同形式的磁场
解析　磁铁和电流周围都有磁场，并且性质相同，则A、D两项均错；电流是由于电荷定向移动形成的，所以只有运动电荷周围才既有电场又有磁场，静止电荷周围只有电场，则B项错，电流产生磁场说明电与磁相互联系，则C项正确．
答案　C


图1
2．如图1所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流，线圈将会 (　　)．　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．纵向收缩，径向膨胀
B．纵向伸长，径向膨胀
C．纵向伸长，径向收缩
D．纵向收缩，径向收缩
解析　通电线圈每匝视为一小磁体，且排列方向一致，故纵向收缩，通电线圈又处在电流产生的磁场中，所以径向膨胀．
答案　A
3．如图2所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是 (　　)．


图2
A．加水平向右的磁场          B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场      D．加垂直纸面向外的磁场
解析　要使绳子的拉力变为零，加上磁场后，应使导线所受安培力与导线的重力等大、反向，由左手定则可判断，所加磁场方向应垂直纸面向里，导线所受安培力向上．
答案　C
4．若地磁场是由地表带电产生的，则地表带电情况为(　　)．
A．正电              B．负电
C．不带电         D．无法确定
解析　地磁场的N极在南方，S极在北方，若地磁场是由于电荷的运动而产生，则地球这个大带电体不停地做定向转动，相当于环形电流，由安培定则可判断知地球带负电，故选B.
答案　B


图3
5.如图3所示A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M；B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点，当电磁铁通电时，铁片被吸引上升的过程中，轻绳向上拉力F的大小为    (　　)．　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．F＝Mg
B．Mg＜F<(M＋m)g
C．F＝(M＋m)g
D．F>(M＋m)g
解析　本题是磁场与超重和失重相结合的题目，解题的关键是应清楚电磁铁通电后，由于B铁片受到的吸引力大于重力，而处于超重状态．由于电磁铁通电后产生磁场，对铁片B有吸引力而上升，所以这时吸引力一定大于B铁片所受的重力，故B向上加速运动，即铁片B处于超重状态．而A和C处于平衡状态，选A、B、C组成的系统为研究对象，则整个系统处于超重状态，所以F＞(M＋m)g且在A、B接触前F不断增大．
答案　D
二、多项选择题(本题共3小题，每小题9分，共27分．每小题选对但不全的得4分，有选错的或不选的得0分)
6．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法中正确的是
        (　　)．
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
答案　BCD
7．把长度L、电流I都相同的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点，电流元在A点受到的磁场力较大，则        (　　)．
A．A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度
B．A、B两点磁感应强度可能相等
C．A、B两点磁感应强度一定不相等
D．A点磁感应强度可能小于B点磁感应强度
答案　BD


图4
8．如图4所示，一根通电的直导体放在倾斜的粗糙导轨上，置于图示方向的匀强磁场中，处于静止状态．现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是    (　　)．
A．一直增大      B．先减小后增大
C．先增大后减小      D．始终为零
解析　若F安＜mgsin α，则摩擦力向上，当F安增大时，f减小到零，再向下增大，B对，C、D错；若F安＞mgsin α，摩擦力向下，随F安增大而一直增大，A对．
答案　AB
三、非选择题(43分)


图5
9．(13分)已知山东地面处的地磁场水平分量约为3×10－5 T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验．他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上，如图5所示．小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向．请在图上标明螺线管导线的绕向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小．(保留一位有效数字)


解析　接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管的磁场的叠加磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判定螺线管导线绕向如下图所示．
由题意知地磁场水平分量By＝3×10－5 T，设通电螺线管产生的磁场为Bx.
由图知＝tan 60°得Bx＝3×10－5× T≈5×10－5 T.
答案　　

　　　　　
5×10－5 T
10．(13分)如图6所示，平行金属导轨PQ与MN都与水平面成θ角，相距为l.一根质量为m的金属棒ab在导轨上，并保持水平方向，ab棒内通有恒定电流，电流大小为I，方向从a到b.空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场，ab棒在磁场力作用下保持静止，并且棒与导轨间没有摩擦力．求磁感应强度B的大小和方向．


图6



解析　金属棒受力如图所示．根据力平衡条件可知：
F安＝mgsin θ
而F安＝BIl
可得B＝
由左手定则可知，B的方向垂直导轨平面向下．
答案　　方向垂直导轨平面向下
11．(17分)如图7所示，MN、PQ为水平放置的金属导轨，直导线ab与导轨垂直放置，导轨间距L＝10 cm，直导线ab电阻为0.4 Ω，导轨所在区域处在匀强磁场中，磁场方向竖直向下，磁感应强度B＝0.2 T．电池电动势E＝1.5 V，内电阻r＝0.18 Ω，
电阻R＝1.6 Ω，开关S接通后直导线ab仍静止不动．求直导线ab所受的摩擦力的大小和方向．


图7

解析　利用电路知识求出电流，解出安培力，再根据平衡条件求解．


导线处于平衡状态，受力分析如下图所示．当开关闭合时，电阻R与导线ab并联，
R并＝＝Ω＝0.32 Ω.
ab两端的电压为U＝IR并＝R并
＝×0.32 V＝0.96 V.
通过ab的电流为Iab＝＝A＝2.4 A.
导线ab所受的安培力F为
F＝BIabL＝0.2×2.4×0.1 N＝0.048 N.
由平衡条件可得f＝F＝0.048 N.
所以导线所受的摩擦力大小为0.048 N，方向水平向左．
答案　0.048 N　方向水平向左