2024-2025學(xué)年高中物理第6章磁吃電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用第1節(jié)探究磁吃電流的作用作業(yè)含解析魯科版選修3-1

PAGE7-探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用(時(shí)間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．(多選)關(guān)于電流計(jì)以下說法正確的是()A．指針穩(wěn)定后，游絲形變產(chǎn)生的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無關(guān)ABD[游絲形變產(chǎn)生的阻力效果與安培力引起的動(dòng)力效果平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看二力方向相反，A正確；電流計(jì)內(nèi)磁場(chǎng)是勻稱輻射磁場(chǎng)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線圈所在各處的磁場(chǎng)大小相等方向不同，所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān)，電流越大，安培力越大，指針轉(zhuǎn)過的角度越大，B、D正確，C錯(cuò)誤。故選ABD。]2．(多選)下列圖中，表示電流I的方向、磁場(chǎng)B的方向和磁場(chǎng)對(duì)電流作用力F的方向的關(guān)系正確的是()ABCDBCD[由左手定則，A圖中磁場(chǎng)對(duì)電流作用力F的方向應(yīng)豎直向上，所以A錯(cuò)誤，而B、C、D都符合左手定則。]3．如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極旁邊，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．線圈向左運(yùn)動(dòng)B．線圈向右運(yùn)動(dòng)C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)A[解法一：電流元法首先將圓形線圈分成許多小段，每小段可看作始終線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力狀況如圖甲所示。依據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)。甲解法二：等效法將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，乙據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流，依據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”，又可得到相同的答案。]4．在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)a、b、c處，各有一條長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，過c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向()A．與ab邊平行，豎直向上B．與ab邊平行，豎直向下C．與ab邊垂直，指向左邊D．與ab邊垂直，指向右邊C[依據(jù)直流電流的安培定則，a、b在c處所激發(fā)的磁場(chǎng)方向分別如圖中Ba、Bb所示，應(yīng)用平行四邊形定則可知c導(dǎo)線所在處的合磁場(chǎng)方向如圖所示。依據(jù)左手定則可知安培力F安的方向與ab連線垂直、指向左邊。故選C。]5．先后在磁場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)引入長(zhǎng)度相等的短直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直。如圖所示，圖中a、b兩圖線分別表示在磁場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)導(dǎo)線所受的力F與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系。下列說法正確的是()A．A、B兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相等B．A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C．A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度D．無法比較磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B[導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力F＝ILB＝BL·I，對(duì)于題圖給出的F-I圖線，直線的斜率k＝BL，由圖可知ka＞kb，又因A、B兩處導(dǎo)線的長(zhǎng)度L相同，故A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，B項(xiàng)正確。]6．如圖所示，長(zhǎng)方形線框abcd通有電流I，放在直線電流I′旁邊，線框與直線電流共面，則下列表述正確的是()A．線框四個(gè)邊都受安培力作用，它們的合力方向向左B．只有ad和bc邊受安培力作用，它們的合力為零C．a(chǎn)b和dc邊所受安培力大小相等，方向相同D．線框四個(gè)邊都受安培力作用，它們的合力為零A[由左手定則可知ab段與cd段、ad段與bc段所受安培力的方向相反，分別向上、向下和向左、向右，選項(xiàng)B、C錯(cuò)；ab段與cd段所受的安培力依據(jù)對(duì)稱性可知合力為零，由于ad段所在的位置靠近通電直導(dǎo)線，磁場(chǎng)比bc所在的位置強(qiáng)，所以所受的安培力合力向左，選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)。]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長(zhǎng)為0.4m、質(zhì)量為6×10－2kg的通電直導(dǎo)線，電流I＝1A，方向垂直紙面對(duì)外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4T、方向豎直向上的磁場(chǎng)中，設(shè)t0＝0，B0＝0，則須要多長(zhǎng)時(shí)間斜面對(duì)導(dǎo)線的支持力為零？(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)[解析]支持力為0時(shí)導(dǎo)線的受力如圖所示，由平衡條件得F安＝eq\f(mg,tan37°)＝eq\f(6×10－2×10,0.75)N＝0.8N，由F安＝BIL得B＝eq\f(F安,IL)＝eq\f(0.8,1×0.4)T＝2T，由B＝B0＋0.4t，B0＝0得t＝5s。[答案]5s一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．如圖所示，水平桌面上放置一根條形磁鐵，磁鐵中心正上方用絕緣彈簧懸掛一水平直導(dǎo)線，并與磁鐵垂直。當(dāng)直導(dǎo)線中通入圖中所示方向的電流時(shí)，可以推斷出()A．彈簧的拉力增大，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B．彈簧的拉力減小，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力減小C．彈簧的拉力增大，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力增大D．彈簧的拉力減小，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力增大A[如圖所示，畫出直導(dǎo)線旁邊的條形磁鐵的磁感線，由左手定則可知，直導(dǎo)線受向下的安培力，由于力的作用是相互的，因此條形磁鐵受向上的作用力。故A正確。]2．(多選)如圖所示，在“探討影響通電導(dǎo)體棒所受磁場(chǎng)力的因素”試驗(yàn)中，要使導(dǎo)體棒搖擺的幅度增大，以下操作中可行的是()A．增加磁鐵的數(shù)量B．增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度C．變更導(dǎo)體棒中的電流方向D．將磁鐵更換成磁性較強(qiáng)的ABD[增大安培力即可使導(dǎo)體棒搖擺的幅度增大，依據(jù)安培力的公式F＝BIL可知，增加磁鐵的數(shù)量，在磁場(chǎng)中有效長(zhǎng)度增加，安培力增加；增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度，安培力增大；變更導(dǎo)體棒中的電流方向，只會(huì)變更安培力的方向，不會(huì)變更安培力的大?。粚⒋盆F更換成磁性較強(qiáng)的，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，安培力增大，綜上所述選項(xiàng)C不行行。]3．(多選)如圖甲所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L(zhǎng)，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對(duì)稱放置一根勻稱金屬棒。從t＝0時(shí)刻起，棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I，周期為T，最大值為Im，圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较?。則金屬棒()甲乙A．始終向右移動(dòng)B．速度隨時(shí)間周期性變更C．受到的安培力隨時(shí)間周期性變更D．受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功ABC[依據(jù)題意得出v-t圖象如圖所示，金屬棒始終向右運(yùn)動(dòng)，A正確。速度隨時(shí)間做周期性變更，B正確。據(jù)F安＝BIL及左手定則可判定，F(xiàn)安大小不變，方向做周期性變更，則C項(xiàng)正確。F安在前半周期做正功，后半周期做負(fù)功，則D項(xiàng)錯(cuò)。]4．如圖所示，在兩個(gè)傾角均為α的光滑斜面上均水平放置一相同的金屬棒，棒中通以相同的電流，一個(gè)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1；另一個(gè)處于垂直于斜面對(duì)上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，兩金屬棒均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則B1、B2大小的關(guān)系為()A．B1∶B2＝1∶cosαB．B1∶B2＝1∶sinαC．B1∶B2＝cosα∶1D．B1∶B2＝sinα∶1A[當(dāng)B豎直向上時(shí)，如圖甲所示，有B1ILcosα＝mgsinα；當(dāng)B垂直斜面時(shí)，如圖乙所示，有B2IL＝mgsinα；故eq\f(B1,B2)＝eq\f(1,cosα)，選項(xiàng)A正確。]甲乙二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．地球赤道上地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是4.0×10－5T，一根長(zhǎng)為500m的電線，電流為10A，試求導(dǎo)線受到的安培力的范圍是多少？[解析]當(dāng)電線的放置方式與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受安培力作用，F(xiàn)＝0當(dāng)電線的放置方式與磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培力最大Fmax＝BIl＝0.2N故導(dǎo)線受到的安培力范圍：0≤F≤0.2N。[答案]0≤F≤0.2N6．(14分)如圖所示，在傾角θ＝30°的斜面上固定一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距離l＝0.25m，兩導(dǎo)軌間接有滑動(dòng)變阻器R和電動(dòng)勢(shì)E＝12V、內(nèi)阻不計(jì)的電池。垂直導(dǎo)軌放有一根質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r(3),6)。整個(gè)裝置放在垂直斜面對(duì)上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T。當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，可使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上？導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì)，g取10m/s2。[解析]當(dāng)滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值較大時(shí)，I較小，安培力F較小，金屬棒在重力沿斜面的分力mgsinθ作用下有沿斜面下滑的趨勢(shì)，導(dǎo)軌對(duì)金屬棒的摩擦力沿斜面對(duì)上(如圖甲所示)。金屬棒剛好不下滑時(shí)有Beq\f(E,R)l＋μmgcosθ－mgsinθ＝0，甲解得R＝eq\f(BEl,mgsinθ－μcosθ)＝4.8Ω，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R接入