2017-2018学年物理人教版选修3-1同步练习教师用卷：　3.4通电导线在磁场中受到的力同步练习-教师用卷 .docx

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1、3.4通电导线在磁场中受到的力同步练习一、单选题1. 如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直磁场放置，将ab两点接入电源两端，若电阻丝ab段受到的安培力大小为F，则此时三根电阻丝受到的安培力的合力大小为()A. FB. 1.5FC. 2FD. 3F【答案】B【解析】解：ab受力：Fab=BIL=Facb受力：有效长度为L，电流为ab的电流的12，则其受力为：12BIL=F2，二力方向相同，则合力为1.5F则B正确故选：B2. 如图所示，竖直平面内用两根细线将粗细均匀的金属棒CD水平悬挂在天花板上，金属棒的质量为m、长度为L，重力加速度为g.水平方向的匀强磁场垂直于金属棒CD，磁感

2、应强度大小为B.当金属棒中通以电流I时，细线中的拉力恰好为零，则电流I应满足()A. I=mgBL，方向C到DB. I=mgBL，方向D到CC. I=mg2BL，方向C到DD. I=mgBL方向D到C【答案】A【解析】解：导体受到的安培力等于重力时，此时拉力等于零，故BIL=mg I=mgBL，由左手定则可知电流方向由C到D 故选：A 3. 如图，在两根平行直导线中，通以相反的电流I1和I2，且I1I2，设两导线所受磁场力的大小分别为F1和F2，则两导线()A. 相互吸引，且F1F2B. 相互排斥，且F1F2C. 相互吸引，且F1=F2D. 相互排斥，且F1=F2【答案】D【解析】解：A、通电

3、导线在其周围产生磁场，通电导线在磁场中受到安培力作用，两导线所受安培力是作用力与反作用力，它们大小相等，故AB错误；C、由右手螺旋定则可知：I1在I2处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可知，I2所所受安培力向右；由右手螺旋定则可知：I2在I1处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可知，I1所所受安培力向左；则两导线相互远离；故C错误，D正确；故选：D4. 关于安培力和洛伦兹力，如下说法中正确的是()A. 带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用B. 放置在磁场中的通电导线，一定受到安培力作用C. 洛伦兹力对运动电荷一定不做功D. 安培力对通电导线一定不做功【答案】C【解析】解：A、若粒子的

4、速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，故A错误；B、若导线与磁场方向平行，故安培力为零，故B错误；C、因洛伦兹力总垂直于电荷运动方向，故洛伦兹力的瞬时功率为零，故洛伦兹力对运动电荷一定不做功，故C正确；D、安培力垂直通电导线，导线的运动方向可以与速度平行，故安培力可以做正功、负功，故D错误；故选：C5. 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()A. 安培力的方向可以不垂直于直导线B. 安培力的方向总是垂直于磁场的方向C. 安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角无关D. 将直导线从中折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半【答案】B【解析】解：A、B、根据左手定则可知，安培力

5、方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故A错误，B正确；C、磁场与电流不垂直时，安培力的大小为F=BILsin，则安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角有关，故C错误；D、根据安培力的特点可知，电流的方向与磁场垂直时，F=BIL，当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0；若开始时电流与磁场垂直，将直导线从中折成直角，让其中的一半与磁场的方向平行，安培力的大小将变为原来的一半；将直导线在垂直于磁场的方向的平面内从中折成直角，两部分都与从的方向垂直，安培力的大小一定变为原来的22；根据不同的空间位置关系，可能还有其余的情况，故D错误。故选：B。6. 下图表示一条放在磁场里的通

6、电直导线，导线与磁场方向垂直，图中分别标明电流、磁感应强度和安培力这三个物理量的方向，关于三者方向的关系，下列选项中正确的是()A. B. C. D. 【答案】D【解析】解：A、磁场方向垂直纸面向上，电流方向水平向里，根据左手定则，安培力的方向竖直向右.故A错误B、磁场方向垂直纸面向右，电流方向垂直纸面向外，根据左手定则，安培力的方向向上.故B错误C、磁场方向水平向里，电流方向垂直纸面向右，根据左手定则，安培力的方向竖直向上.故C错误D、磁场方向竖直向外，电流方向水平向左，根据左手定则，安培力的方向垂直纸面向上.故D正确故选：D7. 如图，足够长的光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个电阻为R的灯泡

7、，匀强磁场垂直于导轨所在平面向上，已知导轨、导线与垂直导轨的导体棒ab总电阻为r，则导体棒ab在下滑过程中()A. 感应电流从a流向bB. 导体棒ab受到的安培力方向平行斜面向下，大小保持恒定C. 机械能一直减小D. 克服安培力做的功等于灯泡消耗的电能【答案】C【解析】【分析】根据右手定则判断感应电流的方向，再根据左手定则判断安培力的方向，通过速度的变化，得出电动势的变化，电流的变化，从而得出安培力的变化.根据能量守恒判断机械能的变化，根据克服安培力做功与产生的电能关系判断安培力做功与灯泡消耗电能的关系。本题考查了法拉第电磁感应定律及其应用、安培力；解决这类导体棒切割磁感线产生感应电流问题的关

8、键时分析导体棒受力，进一步确定其运动性质，并明确判断过程中的能量转化及功能关系如安培力做负功量度了电能的产生，克服安培力做什么功，就有多少电能产生。【解答】AB.导体棒ab下滑过程中，由右手定则判断感应电流I在导体棒ab中从b到a，由左手定则判断导体棒ab受沿斜面向上的安培力F安，由分析知，导体棒ab开始速度增大，感应电动势增大，感应电流增大，安培力增大，如果导轨足够长，当F安=mgsin时达到最大速度vm，之后做匀速直线运动，速度不再增大，安培力不变，故AB错误；C.由于下滑过程导体棒ab切割磁感线产生感应电动势，回路中有灯泡电阻消耗电能，机械能不断转化为内能，所以导体棒的机械能不断减少，故

9、C正确；D.安培力做负功实现机械能转化为电能，安培力做功量度了电能的产生，根据功能关系有克服安培力做的功等于整个回路消耗的电能，包括灯泡和导体棒消耗的电能，故D错误；故选C。二、多选题8. 如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在它的左上方固定一直导线，导线与磁场垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则()A. 磁铁对桌面压力增大B. 磁场对桌面压力减小C. 桌面对磁铁没有摩擦力D. 桌面对磁铁摩擦力向左【答案】AD【解析】解：根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向，如图，在根据左手定则判断安培力方向，如左图；根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向右下方，如右图，根据平衡条件，

10、可知通电后支持力变大，静摩擦力变大，方向向左.故AD正确，BC错误 故选：AD 9. 航母上飞机弹射起飞利用的电磁驱动原理如图所示.当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，现在线圈左侧同一位置，先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环，电阻率铜铝，则合上开关S的瞬间()A. 从右侧看，环中产生沿逆时针方向的感应电流B. 铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C. 若将金属环置于线圈的右侧，环将向右弹射D. 电池正负极调换后，金属环仍能向左弹射【答案】BCD【解析】解：A、线圈中电流为左侧流入，磁场方向为向右，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可

11、知，感应电流由右侧看为顺时针；故A错误；B、由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大；故铜环受到的安培力要大于铝环，故B正确；C、若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动；故C正确；D、电池正负极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出；故D正确；故选：BCD10. 将一铜圆盘置入如图所示的不同磁场中，磁感线和盘面垂直，若给盘一初始角速度使其绕过圆心垂直于纸面的轴转动.不计摩擦和空气阻力，圆盘能停下来的是()A. B. C. D. 【答案】ABD【解析】解：将圆盘看成过圆心的，若干个导体棒，当圆盘转动时，等效成切割磁感应线，从而产生感应电流，受到安培阻力A、因磁场的不均匀，导致等效棒

12、产生的感应电动势不能相互抵消，从而出现感应电流，受到安培阻力，故A正确；B、因磁场的不均匀，且只有一半，从而出现感应电流，受到安培阻力，故B正确；C、因磁场的均匀，那么圆盘中没有感应电流，不会受到安培阻力的作用，则圆盘不会停止，故C错误；D、虽磁场均匀，但只有一半，因此圆盘中出现感应电流，受到安培阻力，故D正确；故选：ABD11. 图(a)所示，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图(b)所示的电流i，则下列说法中错误的是()A. t1时刻两线圈间的相互作用力为零B. t2时刻两线圈间的相互作用力最大C. 在t1t2时间内A、B两线圈相斥D. 在t2t3时间内A、B两线圈

13、相斥【答案】BC【解析】解：A、由题意可知，在t1时刻，线圈A中的电流最大，而磁通量的变化率是最小的，所以线圈B感应电流也是最小，因此两线圈间作用力为零，故A正确；B、在t2时刻，线圈A中的电流为零，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流也是最大，但由于A中电流为零，故A、B间的相互作用力最小，故B错误；C、在t1到t2时间内，若设逆时针(从左向右看)方向为正，则线圈A电流方向逆时针且大小减小，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，出现相互吸引现象，故C错误；D、在t2到t3时间内，若设逆时针方

14、向(从左向右看)为正，则线圈A电流方向顺时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，因此A、B中电流方向相反，A、B出现互相排斥，故D正确；本题选错误的，故选：BC12. 如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L1，质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是()A. B=mgsinIL，方向垂直斜面向下B. B=mgtanIL，方向竖直向下C. B=mgIL，方向水平向左D. B=mgcosIL，方向水平向右【答案】ABC【解析】解：A

15、、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向下，则沿斜面向上的安培力、支持力与重力，处于平衡状态，则大小B=mgsinIL；故A正确；B、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向下，则水平向左的安培力、支持力与重力，处于平衡状态，则大小B=mgtanIL；故B正确；C、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向水平向左，则竖直向上的安培力、重力，此时支持力恰好为零，此时B=mgIL时，导线处于平衡状态，故C正确，D、若水平向右则安培力竖直向下，则合力不会为0，则D错误故选：ABC三、计算题13. 如图所示，一根长为L=0.2m的直导线放在水平方向的匀强磁场中，导线水平且与磁场方向垂直，导线中通有向右的电流

16、(1)请判断导线所受安培力的方向是竖直向上还是竖直向下；(2)若匀强磁场的磁感应强度大小B=0.5T，导线中电流I=1.5A，试计算导线所受安培力的大小【答案】解：(1)由左手定则判断安培力的方向竖直向上；(2)根据安培力公式可得：F=BIL=0.51.50.2 N=0.15N；答：(1)安培力方向竖直向上；(2)导线所受安培力的大小0.15N【解析】根据左手定则判断出安培力的方向，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力F=BIL，结合公式求出安培力的大小解决本题的关键是知道电流方向与磁场方向平行时，安培力F=0，电流方向与磁场方向垂直时，安培力F=BIL14. 如图所示，PQ和MN为水平平行放置

17、的金属导轨，相距1m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m=0.2kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M=0.3kg，棒与导轨的动摩擦因数为=0.5，匀强磁场的磁感应强度B=2T，方向竖直向下，为了使物体以加速度a=3m/s2加速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？(g=10m/s2)【答案】解：导体棒的最大静摩擦力大小为fm=0.5mg=1N，M的重力为G=Mg=3N，则fmG，要保持导体棒匀速上升，则安培力方向必须水平向左，则根据左手定则判断得知棒中电流的方向为由a到b根据受力分析，由牛顿第二定律，则有F安-T-f=ma F安=BIL，联立得：I=2.75A 答：应在棒中通

18、入2.75A的电流，方向ab【解析】若要保持物体匀速上升，受力必须平衡.由于M所受的最大静摩擦力为0.5mg=1N，而M的重力为Mg=3N，要保持导体以加速度a=3m/s2加速上升，则安培力方向必须水平向左，则根据左手定则判断电流的方向.根据牛顿第二定律和安培力公式求出导体棒中电流的大小此题是通电导体在磁场中加速问题，要抓住静摩擦力会外力的变化而变化，根据牛顿第二定律进行求解15. 如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖

19、直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0，若两导体棒在运动中始终不接触，求：(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少？(2)当ab棒的速度变为初速度的34时，cd棒的加速度是多少？【答案】解：(1)从开始到两棒达到相同速度v的过程中，两棒的总动量守恒，有mv0=2mv，得v=12v0根据能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热Q=12mv02-12(2m)v2=14mv02在运动中产生的焦耳热最多是14mv02(2)设ab棒的速度变为34v0时，cd棒的速度为，则由动量守恒可知mv0=m34v0+mv解得v=14v0此时回路

20、中的电动势为E=34BLv0-14BLv0=12BLv0此时回路中的电流为I=E2R=BLv04R此时cd棒所受的安培力为F=BIL=B2L2v04R由牛顿第二定律可得，cd棒的加速度a=Fm=B2L2v04mRcd棒的加速度大小是B2L2v04mR，方向是水平向右【解析】本题中两根导体棒的运动情况：ab棒向cd棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是产生感应电流.ab棒受到的与运动方向相反的安培力作用作减速运动，cd棒则在安培力作用下作加速运动.在ab棒的速度大于cd棒的速度时，回路总有感应电流，ab棒继续减速，cd棒继续加速，两棒速度达到相同后，回路面积保持不变，磁通量

21、不变化，不产生感应电流，两棒以相同的速度v作匀速运动，由于平行金属导轨位于同一水平面且两棒均可沿导轨无摩擦地滑行，故由两棒组成的系统所受的合外力为零，系统动量守恒mv0=2mv，v=12v0，这是第一问再由能量守恒求出焦耳热的关键；第二问设ab棒的速度变为34v0时，cd棒的速度为，先由动量守恒mv0=m34v0+mv求得v=14v0，再由动生电动势公式E=BLv确定回路总电动势E=34BLv0-14BLv0=12BLv0，电路知识回路中的电流为I=E2R=BLv04R，磁场知识通电导线在磁场中受安培力F=BIL，确定此时cd棒所受的安培力为F=BIL=B2L2v04R，最后由牛顿第二定律F=ma求出cd棒的加速度第一问是动量守恒定律、牛顿第二定律及能量守恒定律在电磁感应现象中的应用问题，分析两棒组成的系统在运动过程中是不是合外力为零或者内力远大于外力的系统总动量守恒的条件，从而为确定两棒最后的末速度找到解决途径是关键，之后分析这类电磁感应现象中的能量转化较易：系统减少的动能转化为回路的焦耳热；第二问求棒的瞬时加速度问题较为复杂：是动生电动势、动量守恒定律、牛顿第二定律及闭合电路欧姆定律综合的力电综合问题，故本题属于难题