高中物理 3.4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力同步練習(xí) 新人教版選修3-1

1、 4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力A組1.圖中對(duì)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向判斷正確的是()解析:由左手定則可以判斷:選項(xiàng)A正確;B中力F方向應(yīng)向左,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;C中導(dǎo)線不受力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;D中力F的方向應(yīng)向右,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:A2.如圖所示,均勻繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方附近用絕緣線水平吊起通電直導(dǎo)線A。A與螺線管垂直,A導(dǎo)線中電流的方向垂直于紙面向里,開(kāi)關(guān)S閉合后,A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向是()A.水平向左B.水平向右C.豎直向下D.豎直向上解析:由安培定則判定通電螺線管上方磁場(chǎng)方向水平向右,再由左手定則判定通電直導(dǎo)線所受安培力的方向是豎直向下,選項(xiàng)C正確。答案:C3

2、.一段通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)線上的電流方向由上向下,如圖所示。在導(dǎo)線以其中心點(diǎn)為軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過(guò)程中,導(dǎo)線受到的安培力()A.大小不變,方向不變B.大小由最大減小到零再增至最大,方向時(shí)刻改變C.大小由最大減小到零再增至最大,方向不變D.大小由最大減小到零再增至最大,方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦騼?nèi)解析:安培力公式F=ILBsin ,導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)前,電流方向與磁場(chǎng)方向垂直,=90°當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度后,電流方向與磁場(chǎng)方向不再垂直,安培力變小;當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí),電流方向與磁場(chǎng)方向平行,安培力為零。根據(jù)左手定則判斷知,安培力的方向始終垂直紙面

3、向外;在導(dǎo)線再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90°過(guò)程中,安培力由零變到最大,安培力的方向始終垂直紙面向內(nèi),選項(xiàng)D正確。答案:D4.如圖所示,兩根垂直紙面、平行且固定放置的直導(dǎo)線M和N,通有同向等值電流;沿紙面與直導(dǎo)線M、N等距放置另一根可自由移動(dòng)的通電導(dǎo)線ab,則通電導(dǎo)線ab在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的情況是()A.沿紙面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B.沿紙面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.a端轉(zhuǎn)向紙外,b端轉(zhuǎn)向紙里D.a端轉(zhuǎn)向紙里,b端轉(zhuǎn)向紙外解析:根據(jù)長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的分布規(guī)律和矢量合成法則,可以判斷兩電流M、N連線上方處磁場(chǎng)方向水平向右,ab上半段所受安培力垂直于紙面向里,兩電流M、N連線下方處磁場(chǎng)方向水平向左,ab下半段所受安培力垂直于紙

4、面向外,所以a端轉(zhuǎn)向紙里,b端轉(zhuǎn)向紙外,選項(xiàng)D正確。答案:D5.如圖,一條形磁鐵放在水平桌面上,在它的正中央上方固定一直導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直,若給導(dǎo)線通以垂直于紙面向里的電流,則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減少B.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大C.桌面對(duì)磁鐵沒(méi)有摩擦力D.磁鐵所受的合力不變解析:條形磁鐵外部磁場(chǎng)從N極到S極,導(dǎo)線處在向左的磁場(chǎng)中,由左手定則可以判斷導(dǎo)線受到的安培力向上,根據(jù)牛頓第三定律可知,磁鐵受到導(dǎo)線對(duì)它向下的力,因此磁鐵對(duì)桌面的壓力增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;磁鐵沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),因此桌面對(duì)磁鐵沒(méi)有摩擦力,選項(xiàng)C正確;磁鐵始終處于靜止?fàn)顟B(tài),因此合力始終為0,選項(xiàng)D正確

5、。答案:A6.(多選)一根長(zhǎng)為0.2 m、電流為2 A的通電導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,受到磁場(chǎng)力的大小可能是()A.0.4 NB.0.2 NC.0.1 ND.0 N解析:據(jù)安培力的定義,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時(shí),磁場(chǎng)力有最大值為Fmax=BIL=0.5×2×0.2 N=0.2 N。當(dāng)兩者方向平行時(shí),磁場(chǎng)力有最小值為0。隨著二者方向夾角的不同,磁場(chǎng)力大小可能在0.2 N與0之間取值。答案:BCD7.(多選)如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m,通過(guò)電流為I的導(dǎo)線,若使導(dǎo)線靜止,應(yīng)該在斜面上施加勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小和方向?yàn)?)A.

6、B=,方向垂直于斜面向下B.B=,方向垂直于斜面向上C.B=,方向豎直向下D.B=,方向水平向右解析:根據(jù)電流方向和所給定磁場(chǎng)方向的關(guān)系,可以確定通電導(dǎo)線所受安培力分別如圖所示。又因?yàn)閷?dǎo)線還受重力G和支持力FN,根據(jù)力的平衡知,只有A、C兩種情況是可能的,其中A中F=mgsin ,則B=,C中F=mgtan ,B=。答案:AC8.如圖所示,掛在天平底部的矩形線圈abcd的一部分懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)給矩形線圈通入如圖所示的電流I時(shí),調(diào)節(jié)兩盤(pán)中的砝碼,使天平平衡。然后使電流I反向,這時(shí)要在天平的左盤(pán)上加質(zhì)量為2×10-2 kg的砝碼,才能使天平重新平衡。求磁場(chǎng)對(duì)bc邊作用力的大小。若已知矩

7、形線圈共10匝,通入的電流I=0.1 A,bc邊長(zhǎng)度為10 cm,求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。(g取10 m/s2)解析:根據(jù)F=BIL可知,電流反向前后,磁場(chǎng)對(duì)bc邊的作用力大小相等,設(shè)為F,但由左手定則可知它們的方向是相反的。電流反向前,磁場(chǎng)對(duì)bc邊的作用力向上,電流反向后,磁場(chǎng)對(duì)bc邊的作用力向下。因而有2F=2×10-2×10 N=0.2 N,所以F=0.1 N,即磁場(chǎng)對(duì)bc邊的作用力大小是0.1 N。因?yàn)榇艌?chǎng)對(duì)電流的作用力F=NBIL,故B= T=1 T。答案:0.1 N1 T9.如圖所示,在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行,并在豎直向上的磁場(chǎng)中,一根質(zhì)量為3.6 kg、有效

8、長(zhǎng)度為2 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上,當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時(shí),金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng);當(dāng)金屬棒中的電流增大到8 A時(shí),金屬棒能獲得2 m/s2的加速度。則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少?解析:對(duì)金屬棒進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律可得當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時(shí)BI1L-F阻=0當(dāng)金屬棒中的電流為8 A時(shí)BI2L-F阻=ma由整理方程組可得B= T=1.2 T。答案:1.2 TB組1.下圖中的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力分析正確的是()解析:注意安培定則與左手定則的區(qū)別,判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力用左手定則。答案:C2.如圖所示,向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)()A.縱向收縮,徑向膨脹B.縱向伸長(zhǎng),徑向膨脹C

9、.縱向伸長(zhǎng),徑向收縮D.縱向收縮,徑向收縮解析:通電線圈每匝視為一小磁體,且排列方向一致,故縱向收縮,通電線圈又處在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,所以徑向膨脹。答案:A3.(多選)質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為的導(dǎo)軌上,如圖所示。已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,在下列選項(xiàng)圖中所加各種磁場(chǎng)中,導(dǎo)體棒均靜止,則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是()解析:要使靜摩擦力為零,如果FN=0,必有Ff=0。圖B選項(xiàng)中安培力的方向豎直向上,與重力的方向相反,可能使FN=0,B是正確的;如果FN0,則導(dǎo)體棒除受靜摩擦力Ff以外的其他力的合力只要為零,那么Ff=0。在圖A選項(xiàng)中,導(dǎo)體棒所受的重力G、支持力FN及安培

10、力F安三力合力可能為零,則導(dǎo)體棒所受靜摩擦力可能為零。C、D選項(xiàng)中,從導(dǎo)體棒所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力的方向分析,合力不可能為零,所以導(dǎo)體棒所受靜摩擦力不可能為零,故正確的選項(xiàng)應(yīng)為A、B。答案:AB4.如圖所示,兩條導(dǎo)線相互垂直,但相隔一段距離。其中AB固定,CD能自由活動(dòng),當(dāng)直線電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí),導(dǎo)線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)()A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開(kāi)導(dǎo)線ABC.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開(kāi)導(dǎo)線ABD.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線AB解析:據(jù)電流元分析法,把電流CD等效成CO、OD兩段電流。由安培定則畫(huà)出CO、OD所在位置由AB電流所產(chǎn)

11、生的磁場(chǎng),由左手定則可判斷CO、OD受力如圖甲所示,可見(jiàn)導(dǎo)線CD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由特殊位置分析法,讓CD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°,如圖乙,并畫(huà)出CD此時(shí)位置,AB電流的磁感線分布,據(jù)左手定則可判斷CD受力垂直于紙面向里,可見(jiàn)CD靠近AB,故選項(xiàng)D正確。答案:D5.質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN靜止于寬度為L(zhǎng)的水平軌道上,通過(guò)MN的電流為I,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與導(dǎo)軌平面成角斜向下,如圖所示,求棒MN所受的支持力和摩擦力。解析:導(dǎo)體棒靜止時(shí)受力如圖。由平衡條件知FN=mg+Fcos ,Ff=Fsin 。安培力F=ILB,所以支持力FN=ILBcos +mg;摩擦力Ff=ILBsin 。答案:ILBcos +mgILBsin 6.如圖所示,光滑的平行導(dǎo)軌傾角為,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為