2019版物理人教版选修3-1训练：3.4 通电导线在磁场中受到的力 .docx

www.ks5u.com4通电导线在磁场中受到的力课时过关能力提升基础巩固1下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是()答案:C2(多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场,下列说法正确的是()A.该磁场的磁感应强度大小处处相等,方向相同B.该磁场的磁感应强度的方向处处相同,大小不等C.使线圈平面始终与磁感线平行D.线圈所处位置的磁感应强度大小都相等解析:本题主要考查磁电式电流表的原理,两磁极之间装有极靴,极靴中间又有一个铁质圆柱,极靴与铁质圆柱之间有一不大的缝隙,根据磁感线与磁极表面垂直的特点,磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙处就形成了辐向分布的磁场,这样做的目的就是让通电线圈所在处能有一个等大的磁场,并且磁感线始终与线圈平面平行,故正确选项为C、D。答案:CD3一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,且两个圆线圈的圆心重合,当两线圈通有如图所示方向的电流时,则从左向右看,线圈L1将()A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸外平动解析:两通电线圈间的互相作用结果是,有趋向于两电流方向一致的趋势。答案:C4在如图所示的电路中,电池均相同,当开关S分别置于a、b两处时,导线MM与NN之间的安培力的大小为Fa、Fb,则这两段导线()A.相互吸引,Fa>FbB.相互排斥,Fa>FbC.相互吸引,Fa<FbD.相互排斥,Fa<Fb解析:开关S置于a处时,一节电池供电;开关S置于b处时,两节电池供电;导线MM与NN之间的安培力Fa<Fb;导线MM与NN电流方向相反,相互排斥,选项D正确。答案:D5如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则MN所受安培力大小为()A.F=BIdB.F=BIdsin C.F=BIdsinD.F=BIdcos 解析:MN与磁场方向垂直,并且MN的长度为dsin,所以F=ILB=IBdsin。答案:C6(多选)图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动。下列说法正确的是()A.若a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,则L向右滑动B.若a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,则L向右滑动C.若a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,则L向左滑动D.若a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,则L向左滑动解析:若a接正极,b接负极,根据安培定则,两磁极之间产生方向向上的磁场,e接正极,f接负极,用左手定则可判断L向左滑动,选项A错误、B正确;同理,若a接负极,b接正极,根据安培定则,两磁极之间产生方向向下的磁场,e接正极,f接负极,用左手定则可判断L向右滑动,选项C错误、D正确。答案:BD7将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为1 T。试求下列各图中导线所受安培力的大小和方向。解析:由公式F=IBLsin 得(1)中F1=0。(2)中F2=IBL=0.02 N,方向水平向右。(3)中F3=IBL=0.02 N,方向垂直导线方向斜向上方(与水平成60角)。答案:(1)0(2)0.02 N,水平向右(3)0.02 N,与水平成60角8一根长为0.2 m的金属棒放在倾角为=37的光滑斜面上,并通以I=5 A的电流,方向如图所示。整个装置放在磁感应强度为B=0.6 T、竖直向上的匀强磁场中,金属棒恰能静止在斜面上,则该棒的重力为多少?解析:以导体棒为研究对象,受力分析,将图用平面图形式画出,如图所示。竖直方向上:FNcos =mg水平方向上:FNsin =F根据安培力公式有F=BIL三式联立得mg=BILtan=0.650.2tan37 N=0.8 N。答案:0.8 N能力提升1(多选)图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向分布的,线圈中a、b两条导线的长均为L,通有方向如图乙所示的电流I,两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则()A.该磁场是匀强磁场B.线圈平面总与磁场方向垂直C.线圈将沿顺时针方向转动D.a、b导线各自受到的安培力的大小总为ILB答案:CD2如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且abc=bcd=135。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()A.方向沿纸面向上,大小为(2+1)ILBB.方向沿纸面向上,大小为(2-1)ILBC.方向沿纸面向下,大小为(2+1)ILBD.方向沿纸面向下,大小为(2-1)ILB解析:本题考查安培力的大小与方向的判断。该导线可以用a和d之间的直导线长为(2+1)L来等效代替,根据F=BIL,可知大小为(2+1)BIL,方向根据左手定则判断,A正确。答案:A3(多选)一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线,放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中,受到磁场力的大小可能是()A.0.4 NB.0.2 NC.0.1 ND.0解析:据安培力的定义,当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时,磁场力有最大值为Fmax=BIL=0.520.2 N=0.2 N。当两者方向平行时,磁场力有最小值为0。随着二者方向夹角的不同,磁场力大小可能在0与0.2 N之间取值。答案:BCD4如图所示,把一重力不计、可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,当通以图示方向的电流时,导线的运动情况是(从上往下看)()A.顺时针方向转动,同时下降B.顺时针方向转动,同时上升C.逆时针方向转动,同时下降D.逆时针方向转动,同时上升解析:根据如图甲所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况。将导线AB从N、S极的中间分成两段,AO、OB段所处的磁场方向如图甲所示,由左手定则可知AO段受安培力的方向垂直于纸面向外,OB段受安培力的方向垂直于纸面向里,可见从上向下看,导线AB将绕O点逆时针转动。再根据导线转过90时的特殊位置判断其上下运动情况。如图乙所示,导线AB此时受安培力的方向竖直向下,导线将向下运动。综合上述由两个特殊位置的判断可知,当导线不在上述的特殊位置时,所受安培力使导线AB逆时针转动的同时还要向下运动,故选项C正确。答案:C5如图所示,台秤上放一光滑平板,其左端固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤的示数为FN1。现在磁铁上方中心偏右位置固定一通电导线,当通以如图所示电流后,台秤的示数为FN2,则下列说法中正确的是()A.FN1>FN2,弹簧长度将变长B.FN1>FN2,弹簧长度将变短C.FN1<FN2,弹簧长度将变长D.FN1<FN2,弹簧长度将变短解析:根据左手定则可以判定导线受到的安培力的方向向左偏下,由牛顿第三定律可知,磁铁受到电流的反作用力的方向向右偏上,电流对磁铁作用力的竖直分力使磁铁对台秤的压力减小,水平分力使弹簧弹力增大,弹簧长度增大,故选项A正确。答案:A6如图所示,磁极间存在水平磁场,磁感应强度B为0.4 T。水平放置的导线AC与磁场方向垂直,导线每米的重力为1 N。导线恰好悬在空中平衡,试判断导线中的电流方向和大小。解析:导线所受安培力竖直向上,且有G=F=BIL,I=GBL=2.5 A,由左手定则可知,电流方向是由C到A。答案:由C到A2.5 A7如图所示,一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1 T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连,电路总电阻为2 。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量。解析:依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下。开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为l1=0.5 cm。由胡克定律和力的平衡条件得2kl1=mg式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小。开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为F=IBL式中,I是回路电流,L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长了l2=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1+l2)=mg+F由欧姆定律有E=IR式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻。联立式,并代入题给数据得m=0.01 kg答案:开关闭合后金属棒所受安培力方向竖直向下金属棒质量为0.01 kg