安培力与洛伦力实验专题练习

安培力与洛伦力实验专题练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、实验题

1．某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1，固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S 极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。（不计金属导轨的电阻和摩擦）

(1)在开关闭合后，金属棒向_________（选填“左侧”或“右侧”）移动。

(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A．适当增加两导轨间的距离

B．保持两个导轨间距不变，换一根更长的金属棒

C．将滑动变阻器滑片向左移动

D．把磁铁换成磁性更强的足够大的钕铁硼磁铁

其中正确的是_________（填入正确选项前的字母）。

(3)如果将电路中电流方向反向，磁场也反向，金属棒将会向_____（选填“左侧"或“右侧”）移动。

2．磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用，此现象可通过以下实验证明：

（1）如图（a）所示，在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便效果明显，通电导线应______．此时从上向下看，小磁针的旋转方向是_________________（填顺时针或逆时针）．

A．平行于南北方向，位于小磁针上方

B．平行于东西方向，位于小磁针上方

C．平行于东南方向，位于小磁针下方

D．平行于西南方向，位于小磁针下方

（2）如图（b）所示是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________．（填选项代号）

A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向

（3）如图（c）所示，两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互________（填排斥或吸引），当通以相反方向的电流时，它们相互___________（填排斥或吸引），这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用．也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用.

3．某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验．两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S 极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且两导轨垂直．

（1）在图中画出连线，完成实验电路．要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动．

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A．适当增加两导轨间的距离

B．换一根更长的金属棒

C．适当增大金属棒中的电流

其中正确的是_____（填入正确选项前的标号）

4．霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图，由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场，测量原理如乙图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出并已经连接好电路。

（1）制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件右侧流入，左侧流出，霍尔元件______（填“前表面”或“后表面”）电势高；

（2）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，根据乙图中所给的器材和电路，还必须测量的物理量有______（写出具体的物理量名称及其符号），计算式B=______。5．霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，广泛应用于测量和自动控制等领域. 在电动自行车中有多处用了霍尔传感器，最典型的是测速、调速转把、断电刹把以及电动车无刷电机和霍尔助力传感器等。实验表明，铜以及大多数金属的导电物质是带负电荷的电子，但锌中的导电物质带的是正电。

(1)霍尔元件的原理图如图所示，若制作霍尔元件的材料使用的是锌，通入如图所示的电流后，N表面的电势_________M表面的电势（填“高于”、“低于”、“等于”）；

(2)霍尔元件能够把磁学量_________转换为电学量_________（填物理量的名称）。6．长郡中学物理兴趣小组为调查研究小化工厂排污口管道的排污量，找来一个圆形塑料空管作为排污管道，用20分度游标卡尺测量了管道内径d，测量结果如图甲所示。如图乙所示，在管道位置施加水平向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，沿管道内壁上下两侧紧贴内壁插入金属探片M和N，两金属探片间距等于管道内直径，并用灵敏电压表与金属探片相连。然后让含有大量正负离子的污水充满整个管道流动，测得电压表的示数为U。

（1）管道内径d=______mm。

（2）电压表正接线柱与______（填“上侧”或“下侧”）金属探片相连。

（3）通过此管道的污水流量Q=______（单位时间内流过管道污水的体积，用题中所给符号表示）。

7．用图甲所示装置测量磁场的磁感应强度和某导电液体(有大量的正、负离子)的电阻率．水平管道长为l、宽度为d、高为h，置于竖直向上的匀强磁场中．管道上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S、电阻箱R、灵敏电流表G(内阻为R g)连接．管道内始终充满导电液体，液体以恒定速度v自左向右通过．闭合开关S，调节电阻箱的取值，记下相应的电流表读数．

(1)图乙所示电阻箱接入电路的电阻值为________Ω．

(2)与N板相连接的是电流表G的_________极(填“正”或“负”)．

(3)图丙所示的电流表读数为_________μA．

(4)将实验中每次电阻箱接入电路的阻值R与相应的电流表读数I绘制出1

R

I

-图象为图

丁所示的倾斜直线，其延长线与两轴的交点坐标分别为(-a，0)和(0，b)，则磁场的磁感应强度为_________，导电液体的电阻率为________．

8．课堂上，小王老师做了如图所示的实验，给直导线（铝棒）通电，观察到直导线运动起来。这个实验现象说明__________（选填“磁场可以产生电流”“电流产生磁场”或“磁场对电流有力的作用”），利用这种现象制成的是_____（选填“电动机”或“发电机”）。若只改变直导线中的电流方向而其它条件不变，则直导线所受安培力方向与原来的安培力方向_____（填“相同”或“相反”）。

9．如图所示是“探究影响通电导线受力的因素”的装置图。实验时，先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度。每次导体棒在场内同一位置平衡时，悬线与竖直方向的夹角为θ。对该实验：

（1）下列说法正确的是___________

A．该实验探究了电流大小以及磁感应强度大小对安培力的影响

B．该实验探究了磁感应强度大小以及通电导体棒对安培力的影响

C．若想增大θ，可以把磁铁的N级和S级对调

D．若想减小θ，可以把接入电路的导体棒从1、4换成2、3两端

（2）若把电流为I，且接通2、3时，导体棒受到的安培力记为F1，当电流减半且接通

1、4时，导体棒受到的安培力为__________________。

10．某物理兴趣小组为测量磁感应强度设计了如图所示的实验装置?

相距为L的平行光滑导轨水平放置，平行导轨处在匀强磁场中，导轨上放置一长度也为L的导体棒。导体棒上系两根平行绝缘细线，分别连接到两个相同的拉力传感器上，导轨右端连接一电阻箱和电池，电池电动势为E，电池内阻、导轨电阻及导体棒电阻均不计。

(1)匀强磁场的方向为_____（选填“水平向左”“水平向右”“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）。

(2)多次改变电阻箱的阻值R，得到对应的拉力传感器显示的数值F，现以F为纵轴，要得到线性图像，横轴应该为_____。

(3)若得到的线性图像的斜率为k，则匀强磁场的磁感应强度B=_______。

参考答案

1．左侧 ACD 左侧

【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]根据题意可知，磁场方向竖直向下，电流方向垂直纸面向里。所以根据左手定则可得安培力方向为水平向左，故导体棒向左侧运动。

(2)[2]ACD ．根据公式F BIL =可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流或者增大磁场磁感应强度，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得

212

Fs mgs mv μ-= 则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，ACD 正确；

B ．若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F 不变，棒的质量变大，由

v =

可知速度变小，故B 错误。

故选ACD 。 (3)[3]都反向后，电流垂直纸面向外，磁场方向竖直向上，根据左手定则可得安培力方向仍向左，故导体棒仍向左侧移动。

2．A 逆时针 B 吸引 排斥

【解析】

【分析】

【详解】

（1）无通电导线时小磁针S 极向南，所以为使实验方便效果明显，导线应平行于南北方向位于小磁针上方，根据左手定则，可以判断出从上向下看小磁针旋转方向为逆时针，故选A ； （2）电子束运动径迹发生了弯曲，这表明运动电荷受到了磁场力，由左手定则知a 为阴极；故B 对．

（3）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线靠拢，说明两导线相互吸引；当通入电流方向相反时，导线远离，说明两导线相互排斥；

3．（1）如图所示：（2）AC

【解析】

试题分析：（1）如图所示，注意滑动变阻器的接法是限流接法．

（2）根据公式F BIL =可得适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理212

Fs fs mv -=可知金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，AC 正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，所以对最后的速度没有影响，B 错误．

【学科网考点定位】考查了研究安培力实验

【方法技巧】对于高中实验，要求能明确实验原理，认真分析各步骤，从而明确实验方法；同时注意掌握图像的性质，能根据图像进行分析，明确对应规律的正确应用．

4．后表面 电压表示数U ，电流表示数I

Uneh I

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]磁场是直线电流产生，根据安培定则，磁场方向向下；电流向左，根据左手定则，安培力向外，载流子是负电荷，故前表面带负电，后表面带正电，故后表面电势较高。

（2）[2][3]设前后表面的厚度为d ，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡有：

=U q

qvB d

根据电流微观表达式，有： ==I neSv nedhv

联立解得：

=Uneh B I

因此还必须测量的物理量有：电压表读数U ，电流表读数I 。

5．高于 磁感应强度 电压

【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]该霍尔元件中载流子带正电，根据左手定则知，正电荷在洛伦兹力作用下偏向N 表面，所以N 表面的电势高于M 表面的电势；

(2)[2][3]霍尔元件能够把磁学量磁感应强度，转换为电学量电压。

6．20.30 上侧

4Ud B

π 【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]由甲图可知主尺刻度为20mm ，游标刻度为 0.056mm 0.30mm ?=

故管道内径为

20mm 0.30mm 20.30mm d =+=

(2)[2]由乙图可知，带负电荷的粒子在管道中运动时受到向下的洛伦兹力，在正电荷的粒子受到向上的洛伦兹力，可见上侧聚集正电荷，下侧聚集负电荷，故上侧电势高于下侧的电势，故正极与上侧相连。

(3)[3]当粒子受到电场力与洛伦兹力等大反向时，电压不再增加，可得

U qvB Eq q d

==

通过此管道的污水流量

2()2

V Sv t d Q v t t π?=

==?? 联立两式解得 4Ud Q B π=

7．290.1 负 24.0

a bdv ()g a R lh d

- 【解析】

【分析】

【详解】 （1）电阻箱的示数：210091010.1290.1R =?Ω+?Ω+?Ω=Ω，（2）根据左手定则可知，带正电的粒子向前表面偏转，带负电的粒子向后表面偏转，故N 带负电，则与N 板相连接的是电流表G 的负极；（3）丙所示的电流表读数为24.0A μ；（4）液体以恒定速度v 自左向右通过管道，则所受的电场力与洛伦兹力平衡，即Bqv qE =，又U E d

=，解得：U Bdv =，则回路中产生的电流为g U Bdv I R R R r

==++，变形得：()111··g R R r I Bdv Bdv =++，由题知斜率1b k a Bdv ==，解得：a B bdv

=，纵截距离()1·g b R r Bdv =+，解得：g r a R =-，根据电阻定律得：l r S

ρ='，其中,l d S lh ='=，联立解得：()g a R lh d

ρ-=

. 【点睛】

当液体以稳定速度通过时电场力与磁场力平衡，求出两端的电压，根据闭合电路的欧姆定律求出电流，再根据图象所给信息求出相关的物理量．

8．磁场对电流有力的作用 电动机 相反

【解析】

【分析】

【详解】

[1] 给直导线（铝棒）通电，观察到直导线运动起来说明磁场对电流有力的作用。

[2] 电动机就是利用这一原理制造的。

[3] 只改变直导线中的电流方向而其它条件不变，则直导线所受安培力方向与原来的安培力

方向相反，这样操作是为了研究导体所受力的方向与电流方向的关系。

9．D

132

F 【解析】

【详解】

（1）[1]．AB ．该实验探究了导体棒通长度和电流大小对安培力的影响，故AB 错误； C ．把磁铁的N 极和S 极对调，不改变B 的大小，故F 不变，故C 错误；

D ．把接入电路的导体棒从1、4两端换成2、3两端，L 减小，故安培力F 减小，则θ减小，故D 正确；

故选D 。

（2）[2]．若把电流为I 且接通2、3时，导体棒受到的安培力记为F 1；则当电流减半且接通1、4时，导体棒的安培力为 1333222

I F B L BIL F '=??== 10．垂直纸面向里 1R

2k EL 【解析】

【分析】

【详解】

(1)[1]根据电路可知通过导体棒的电流为竖直向下，拉力传感器测量拉力，所以安培力应水平向右，根据左手定则可知磁感应强度为垂直于纸面向里。

(2)[2]根据闭合电路欧姆定律可知通过导体棒的电流为

E I R

=

则拉力传感器示数为 12F BIL BEL

R

== 变形得 12BEL F BIL R

==? 所以以F 为纵轴，要得到线性图像，横轴应该为

1R 。 (3)[3]图像斜率为k ，结合上述表达式可知

2

BEL k = 解得

2k B EL

=