2021-2022学年人教版选修3-1 第三章 4 通电导线在磁场中受到的力 作业.docx

课时提升作业二十一通电导线在磁场中受到的力（25分钟, 60分）一、选择题（此题共6小题,每题6分，共36分）1 .（多项选择）关于磁场对通电直导线的作用力的大小，以下说法正确 的选项是*【解析】选A、B、Do安培力既垂直于通电直导线，又垂直于磁场，当 通电直导线与磁场方向平行时，安培力为零，选项A、B正确，C错误; 通电直导线跟磁场方向斜交时，可将磁场沿平行于通电直导线方向和 垂直于通电直导线方向进行分解，垂直于通电直导线方向的磁场为有 效磁场，安培力不为零，选项D正确。2 .如下列图，均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝 缘绳水平吊起通电直导线A,A与螺线管垂直,A中电流的方向垂直于 纸面向里。当开关S闭合后,A受到通电螺线管的磁场的作用力的方 向是（）A.水平向左C.竖直向下【解析】选Do先用安培定那么判断螺线管的磁场方向，在导线A处 的磁场方向是水平向左的，再用左手定那么判断出导线A受到的安培 力的方向是竖直向上的，选项D正确。3 .如下列图,通电导线MN中的电流保持不变,当它在纸面内从a位置绕 其一端M转至b位置时，通电导线所受安培力的大小变化情况是C.不变【解析】选C。从a转到b位置时，导线MN还是与磁场垂直，故F二BIL大小不变，应选C4 .如下列图，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,那么导体棒MN所受安培力大小是（）A. F=BIdF二Bldsin 0Bld。F-痂D. F=BIdcos 0【解析】选C。导体棒MN在磁场中有电流的长度为二,那么F二BIL二驾，sindsin3应选项C正确。5 .某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如下列图,其中正确的选项是（）【解析】选Do根据左手定那么可知,A图中安培力方向应该向下，B 图中安培力应该垂直于磁场斜向左上方，C图中磁场方向和电流方向 在同一直线上，不受安培力作用，D图中安培力方向斜向左下方垂直于 电流方向，故A、B、C错误,D正确。6 .如下列图,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L=1 mo P、M间 接有一个电动势为E=6 V、内阻1。的电源和一只滑动变阻器。 导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0. 2 kg,棒的中心用细绳经定 滑轮与物体相连，物体的质量3 kgo棒与导轨间的动摩擦因数为口二0. 5（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计,g 取10 m/s）匀强磁场的磁感应强度B=2 T,方向竖直向下，为了使物 体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值不可能是A. 2 QB. 4 QC. 5。 D. 6 Q【解析】选D。对导体棒进行受力分析，由平衡条件可知安培力的范E围：1一口1118忘811_忘1+11018,角用得 1 AWIW2 A,即 1 AW-2 A, r + K得2 QWRW5。，可得接入电路的滑动变阻器的阻值可能是A、B、 C,不可能是D。【加固训练】如下列图,一段导线abed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、be和cd的长度均为 L,且 Nabc二Nbed= 135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。关于导线abed 所受到的磁场的作用力的合力，以下说法正确的选项是（）A.方向沿纸面垂直be向上,大小为（、/2+1） ILBB.方向沿纸面垂直be向下,大小为（、/2+1） ILBC.假设在纸面内将abed逆时针旋转30° ,力的大小减半D.假设在纸面内将abed逆时针旋转60° ,力的大小减半【解析】选A。由安培力公式F二BIL,与左手定那么，可得ab段导线的 安培力方向垂直于导线与磁感线构成的平面并斜向左。同理cd段导 线的安培力方向垂直于导线与磁感线构成的平面并斜向右。因此由平 行四边形定那么对这两个安培力进行分解，可得沿be段方向的安培 力分力正好相互平衡，所以ab段与cd段导线的安培力的合力为 、巧BIL,方向竖直向上；而be段安培力的大小为BIL,方向是竖直向 上。那么导线段abed所受到的磁场的作用力的合力大小为(/2+1)BIL, 方向是竖直向上。假设在纸面内将abed旋转任何角度，力的大小均不 变，故A正确，B、C、D错误。二、计算题(此题共2小题，共24分。要有必要的文字说明和解题步 骤,有数值计算的要标明单位)(12分)如下列图,U形导电导轨水平放置，两平行导轨间距1二0. 1 m, 电阻不计，与其串联的电池组内阻为r=0. 1。，放置在竖直向上的匀 强磁场中，磁感应强度B二4X IO"金属棒ab的质量为m=10 g,它和 导轨间动摩擦因数为11二0.2,金属棒电阻为10.2。，假设通电瞬间 金属棒获得的加速度为a=2 m/s2,求电源的电动势。(g取10 m/s2)【解析】导体棒受到的安培力方向水平向左，由牛顿第二定律得Bl I- |i mg=ma由闭合电路欧姆定律E=I(R+r)代入数据，联立解得E=3 V答案:3 V(12分)如下列图,长为L的通电导体棒被两条绝缘细线悬挂于00'点 上,导体棒质量为m,通过的电流为I,方向如下列图。现使通电导体棒处在匀强磁场中，以下两种情况下，使导体棒静止时细线与竖直方向成0角，求磁感应强度的大小。（1）磁场方向竖直向上。磁场方向水平向左。【解析】磁场方向竖直向上时，导体棒受到的安培力方向水平向右, 故ILB=mgtan 0磁感应强度为B=B=mg t andIL磁场方向水平向左时，导体棒受到的安培力方向竖直向上，故ILB=mg磁感应强度为B二曹答案:胃登（15分钟 40分）（6分）（多项选择）如图1所示,两根光滑平行导轨水平放置，间距为 L,其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为Bo垂直于导轨水平对 称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如图2所示的持续交 变电流I,周期为T,最大值为L,图1中I所示方向为电流正方向。那 么金属棒（【解析】选A、B、Co根据左手定那么知，导体棒开始所受的安培力TT方向水平向右，安培力在第一个万内做匀加速直线运动，在第二个 内，安培力方向水平向左，大小不变，做匀减速直线运动，根据运动的 对称性知，一个周期末速度为零,金属棒的速度方向未变。知金属棒一 直向右移动，先向右做匀加速直线运动，再向右做匀减速运动，速度随 时间周期性变化，而位移一直增大，所以A、B正确；因为电流周期性变 化，那么安培力也周期性变化，故C正确；在一个周期内，动能的变化 量为零，那么安培力在一个周期内做功为零，故D错误。7. （6分）（多项选择）如下列图，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的 上方，此时小磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（）【解析】选B、Co向左飞行的正离子形成的电流方向向左，根据安培 定那么可知，离子在下方产生的磁场方向向外，那么N极转向外，S极 转向里；向右飞行的负离子形成的电流方向向左，根据安培定那么可 知，离子在下方产生的磁场方向向外，那么N极转向外，S极转向里。 故B、C正确。8. （6分）（多项选择）如下列图，两通电线圈A、B放在光滑的水平桌面上,假设它们互相远离,那么可知（）A.假设A环中通以顺时针方向的电流,那么B环中通以逆时针方向的 电流B.假设A环中通以顺时针方向的电流,那么B环中也通以顺时针方向 的电流C.假设A环中通以逆时针方向的电流,那么B环中通以顺时针方向的 电流D.假设A环中通以逆时针方向的电流,那么B环中也通以逆时针方向的电流【解析】选B、Do假设A环中通以顺时针方向的电流,B环中通以逆 时针方向的电流，那么A环的右侧局部与B环的左侧局部电流方向相 同，根据同向电流相互吸引可知，它们互相靠近，故A错误。A环中通 以顺时针方向的电流,B环中也通以顺时针方向的电流，那么A环的右 侧局部与B环的左侧局部电流方向相反，根据反向电流相互排斥可知, 它们互相远离，故B正确。A环中通以逆时针方向的电流,B环中通以 顺时针方向的电流，那么A环的右侧局部与B环的左侧局部电流方向 相同，根据同向电流相互吸引可知，它们互相靠近，故C错误。A环中 通以逆时针方向的电流,B环中也通以逆时针方向的电流，根据反向电 流相互排斥可知，它们互相远离，故D正确。【加固训练】长为L的通电直导线放在倾角为9的光滑斜面上，并处在磁感应 强度为B的匀强磁场中，如下列图，当B方向竖直向上，电流为L时导体 处于平衡状态，假设B方向改为垂直斜面向上，那么电流为L时导体 处于平衡状态，电流比值厂应为（）121 1A.-B. cos 9 C. sin 0 D.cosBsinO【解析】选Ao假设磁场方向竖直向上，那么安培力水平方向。由平 衡条件可得:mgtan。=BLL。假设磁场方向垂直于斜面向上，那么安培A 1力沿斜面向上。由平衡条件可得:mgsinO=BLL,那么片，故A正 12 COSu确。12. (22分)如下列图，水平导轨间距为L=0. 5 m,导轨电阻忽略不计;导体 棒ab的质量m=l kg,电阻Ro=O. 9。，与导轨接触良好；电源电动势 E=10 V,内阻片0. 1 Q,电阻R=4 Q ;外加匀强磁场的磁感应强度B=5 T,方向垂直于ab,与导轨平面成a二53。角;ab与导轨间动摩擦因数 为R =0. 5 (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计,线对 ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2, ab处于静止状态。 sin53° =0. 8, cos53° 二0.6。求：(1)通过ab的电流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小和方向。重物重力G的取值范围。【解析】(1)由闭合电路的欧姆定律可得，通过ab的电流 - £ -吧a-2 A |/? + /?o + r_4 + O,9 + O.l 八方向：由a到bo(2)ab受到的安培力F=BIL=5X2X0.5 N=5 N安培力方向垂直于B斜向左上方。(3) ab受力如下列图(此图仅为最大静摩擦力方向向左时的分析图)，最 大静摩擦力fmax- (mg-Fcos53° )=3. 5 N由平衡条件得：当最大静摩擦力方向向右时 T=Fsin53° -fmax=0. 5 N 当最大静摩擦力方向向左时T=Fsin53° +fmax=7. 5 N 由于重物受力平衡，故T 二G那么重物重力的取值范围为0.5 NWGW7. 5 N答案：(1)2 A 方向由a向b (2)5 N 方向垂直于B斜向左上方(3)0.5 NWGW7. 5 N