2019高中物理 第三章 磁场 4 通电导线在磁场中受到的力课时作业 新人教版选修3-1.doc

14 4 通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力课时作业A 组 基础巩固一、单项选择题1.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( ) AFBId BFBIdsin CF DFBIdcos BId sin 解析：导线与B垂直，F.BId sin 答案：C2.如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则( )A如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极C无论如何台秤的示数都不可能变化D以上说法都不正确解析：如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A 正确，B、C、D 错误答案：A3.如图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图当圆盘高速绕中心轴OO转动时，通电直导线所受磁场力的方向是( )A竖直向上 B竖直向下C水平向里 D水平向外解析：由于带负电的圆环顺时针方向旋转，形成的等效电流为逆时针方向，所产生的磁场方向竖直向上由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里答案：C4.如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是( )A都绕圆柱转动2B以不等的加速度相向运动C以相等的加速度相向运动D以相等的加速度相背运动解析：同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力大小相等，所以选 C 项答案：C5.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：C二、多项选择题6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，下列说法中正确的是( )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线圈平面始终与磁感线平行D线圈所在位置的磁感应强度大小都相等解析：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位置能有一个等大的磁场，并且磁感线始终与线圈平面平行，故正确答案为 C、D.答案：CD7.(2018·江苏扬州高二检测)通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用3力，下列说法正确的是( )A线框有两条边所受的安培力方向相同B线框有两条边所受的安培力大小相等C线框所受的安培力的合力方向向左D线框所受的安培力的合力方向向右解析：由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab边所处的磁场强，cd边所处的磁场弱，故FabFcd，线框所受合力方向向右答案：BD8.如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O，并处于匀强磁场中当导线中通以沿x轴正方向的电流I，导线保持静止时，悬线与竖直方向的夹角为.则磁感应强度的方向和大小可能是( )A沿z轴正方向，tan mg ILB沿y轴正方向，mg ILC沿z轴负方向，tan mg ILD沿悬线向上，sin mg IL解析：对导线受力分析：作侧视图，如图所示，导线受竖直向下的重力，安培力的方向不确定，在悬线右上侧的一个范围内隐含条件：悬线可能不受力重要规律：左手定则与FILB.由左手定则可知，磁场方向不能沿z轴正方向，也不能沿悬线向上当磁场沿z轴负方向时，有ILBmgtan ，解得Btan ，选项 C 正mg IL确当磁场沿y轴正方向时，有ILBmg，解得B，选项 B 正确mg IL答案：BC三、非选择题9.如图，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4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了 l10.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得2kl1mg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FIBL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 l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1l2)mgF由欧姆定律有EIR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m0.01 kg.答案：安培力的方向竖直向下，金属棒的质量为 0.01 kgB 组 能力提升一、选择题1.(2018·湖北黄冈模拟)如图所示，边长为L的等边三角形导体框是由 3根电阻为 3r的导体棒构成，磁感应强度为B的匀强磁场垂直导体框所在平面，导体框两顶点与电动势为E，内阻为r的电源用电阻可忽略的导线相连，则整个线框受到的安培力大小为( )A0 B.BEL 3rC. DBEL 2rBEL r解析：根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，本题可将电路等效为 3r和 6r并联，并联后总电阻为2r，则路端电压3r·6r 3r6rU·2r.根据欧姆定律I12，I3.则安培力F1F2BI12L，F1、F2的夹角E r2r2E 3U 6rU 3r为 120°，F3BI3L，方向如图所示由以上各式联立解得三角形框架受到的安培力的合力5大小F，B 正确EBL 3r答案：B2.两条通电的直导线互相垂直，如图所示，但两导线相隔一小段距离，其中导线AB是固定的，另一条导线CD能自由转动它们通以图示方向的直流电流时，CD导线将( )A逆时针方向转动，同时靠近导线ABB顺时针方向转动，同时靠近导线ABC逆时针方向转动，同时离开导线ABD顺时针方向转动，同时离开导线AB解析：导线AB产生的磁场在右边垂直纸面向里，在左边垂直纸面向外，在CD左右两边各取一小电流元，根据左手定则，左边的电流元所受的安培力方向向下，右边的电流元所受安培力方向向上，知CD导线逆时针方向转动，当CD导线转过 90°后，两电流为同向电流，相互吸引，所以导线CD逆时针方向转动，同时靠近AB，故 A 正确，B、C、D 错误答案： A二、非选择题3.如图所示，水平导轨间的距离L0.5 m，B2 T，ab棒的质量m1 kg，物块重G3 N，ab棒与导轨间的动摩擦因数0.2，电源的电动势E10 V，r0.1 ，导轨的电阻不计，ab棒电阻也不计，R的取值范围为多少时，棒处于静止状态？(g取 10 m/s2)解析：根据物块平衡条件可得：恰不右滑时：GmgI1LB0恰不左滑时：GmgI2LB0根据闭合电路欧姆定律可得EI1(R1r)EI2(R2r)联立得R1r9.9 ，BLE Gmg联立得R2r1.9 ，BLE Gmg所以R的取值范围为 1.9 R9.9 .答案：1.9 R9.9 4.如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一6端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg 的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5 ，金属导轨电阻不计，g取 10 m/s2.已知 sin 37°0.60，cos 37°0.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，得通过导体棒的电流I1.5 AE R0r(2)导体棒受到的安培力F安ILB0.30 N(3)将重力正交分解，设导体棒所受重力沿斜面方向的分力为F1，则F1mgsin 37°0.24 N所以F1F安，导体棒受力如图，根据平衡条件有F1FfF安解得Ff0.06 N，方向沿斜面向下答案：(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下