2024-2025學(xué)年高中物理課時作業(yè)17磁吃通電導(dǎo)線的作用-安培力含解析教科版選修3-1

PAGEPAGE10課時作業(yè)17磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力時間：45分鐘一、單項選擇題1．關(guān)于磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間的關(guān)系，正確的說法是(D)A．磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間總是相互垂直的B．磁場方向肯定與安培力方向垂直，但電流方向不肯定與安培力方向垂直C．磁場方向不肯定與安培力方向垂直，但電流方向肯定與安培力方向垂直D．磁場方向不肯定與電流方向垂直，但安培力方向肯定既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直解析：電流放入磁場中，不管電流與磁場是否垂直，安培力均垂直磁場和電流所確定的平面，即安培力總是垂直磁場方向，安培力總是垂直電流方向．2．一根簡單形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示．當沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面對外的勻強磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是(D)解析：用左手定則可推斷出A中導(dǎo)線所受安培力為零，B中導(dǎo)線所受安培力垂直于紙面對里，C、D中所受安培力向右，導(dǎo)線受力以后的彎曲方向應(yīng)與受力方向一樣．3.如圖所示，導(dǎo)線框中電流為I，導(dǎo)線框垂直于磁場放置，磁感應(yīng)強度為B，AB與CD相距為d，則棒MN所受安培力大小為(C)A．F＝BIdB．F＝BIdsinθC．F＝eq\f(BId,sinθ)D．F＝BIdcosθ解析：棒MN在磁場中有電流的長度為eq\f(d,sinθ)，則F＝BIL＝eq\f(BId,sinθ).故C正確．4．如圖所示，兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上，但能自由移動，若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流，則它們的運動狀況是(C)A．都繞圓柱轉(zhuǎn)動B．以不等的加速度相向運動C．以相等的加速度相向運動D．以相等的加速度相背運動解析：同向環(huán)形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但由牛頓第三定律知，兩線圈所受作用力必大小相等，故C正確．5．如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成的．當電源接通后，磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的放射速度．下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是(B)解析：要使炮彈加速，安培力方向必需向右，由左手定則判知B中磁場方向符合要求，故B對，A、C、D錯．6．如圖所示為一種自動跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)動軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面對里、B＝1T的勻強磁場中，CO間距離為10cm，當磁場力為0.2N時，閘刀開關(guān)會自動跳開．則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向為(B)A．電流方向C→O B．電流方向O→CC．電流大小為1A D．電流大小為0.5A解析：由左手定則，電流的方向O→C，由B＝eq\f(F,IL)得I＝eq\f(F,BL)＝2A.7．如圖所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為外側(cè)圓弧的圓心，N點為水平段與圓弧段的切點．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強磁場方向如圖所示，大小為0.5T．質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細桿置于金屬軌道上的M點．當在金屬細桿內(nèi)通以2A的恒定電流時，金屬細桿可以沿軌道向右由靜止起先運動．已知MN＝OP＝1m，g取10m/s2，則(D)A．金屬細桿起先運動時的加速度大小為5m/s2B．金屬細桿運動到P點時的速度大小為5m/sC．金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小為10m/s2D．金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N解析：金屬細桿起先運動時的加速度大小a＝eq\f(BIL,m)＝10m/s2，故A錯；金屬細桿由M點運動至P點的過程由動能定理得BIL·(MN＋OP)－mg·ON＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,P)，則vP＝2eq\r(5)m/s，故B錯；金屬細桿運動到P點時a向＝eq\f(v\o\al(2,P),OP)＝20m/s2，故C錯；在P點，設(shè)每一條軌道對金屬細桿的作用力大小為FN，由牛頓其次定律得2FN－BIL＝ma向，則FN＝0.75N，故D對．二、多項選擇題8．如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反．下列說法正確的是(BC)A．L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直B．L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直C．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11eq\r(3)D．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為eq\r(3)eq\r(3)1解析：由安培定則可推斷出L2在L1處產(chǎn)生的磁場(B21)方向垂直L1和L2的連線豎直向上，L3在L1處產(chǎn)生的磁場(B31)方向垂直L1和L3的連線指向右下方，依據(jù)磁場疊加原理，L3和L2在L1處產(chǎn)生的合磁場(B合1)方向如圖1所示，依據(jù)左手定則可推斷出L1所受磁場作用力的方向與L2和L3所在平面平行，選項A錯誤；同理，如圖2所示，可推斷出L3所受磁場(B合3)作用力的方向(豎直向上)與L1、L2所在平面垂直，選項B正確；同理，如圖3所示，設(shè)一根長直導(dǎo)線在另一根導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，依據(jù)幾何學(xué)問可知，B合1＝B，B合2＝B，B合3＝eq\r(3)B，由安培力公式F＝BIL可知L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11eq\r(3)，選項C正確，D錯誤．9．某電視節(jié)目做了如下試驗：用袒露的銅導(dǎo)線繞制成一根無限長螺線管，將螺線管放在水平桌面上，用一節(jié)干電池和兩個磁鐵制成一個“小車”，兩磁鐵的同名磁極粘在電池的正、負兩極上，只要將這輛小車推入螺線管中，小車就會加速運動起來，如圖所示．關(guān)于小車的運動，以下說法正確的是(BD)A．將小車上某一磁鐵改為S極與電池粘連，小車仍能加速運動B．將小車上兩磁鐵均改為S極與電池粘連，小車的加速度方向?qū)l(fā)生變更C．圖中小車加速度方向向右D．圖中小車加速度方向向左解析：兩磁極間的磁感線如圖甲所示：干電池與磁極及中間部分線圈組成了閉合回路，在兩磁極間的線圈中產(chǎn)生了電流，左端磁極的左側(cè)線圈和右端磁極的右側(cè)線圈中沒有電流．其中線圈中電流方向的左視圖如圖乙所示，由左手定則可知中間線圈所受的安培力向右，依據(jù)牛頓第三定律有“小車”向左加速，C錯誤，故D正確；假如將某一磁鐵S極與電池粘連，則磁感線不會向外發(fā)散，兩部分受到方向相反的力，合力為零，不會產(chǎn)生加速度，故A錯誤；將小車上兩磁鐵均改為S極與電池粘連，磁感線會向里聚集，受到的力的方向與原來相反，故車的加速度方向?qū)l(fā)生變更，故B正確．10．如圖所示，兩根通電長直導(dǎo)線a，b平行放置，a，b中的電流強度分別為I和2I，此時a受到的磁場力為F，以該磁場力方向為正方向，a，b的正中間再放置一根與a，b平行共面的通電長直導(dǎo)線c后，a受到的磁場力大小變?yōu)?F，則此時b受到的磁場力的大小為(BD)A．0B．FC．4FD．7F解析：由于a對b的磁場力和b對a的磁場力是相互作用力，故b受到a的磁場力為－F，中間再加一通電長直導(dǎo)線c后，由于c處于中間，其在ab兩位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相同，故b受到c的磁場力為a受到c的磁場力的2倍，a受力大小變成2F，可能是受c的磁場力為F，方向向左，此時b受c的磁場力為2F，方向向左，故b受到的磁場力為F，方向向左；a受力大小變成2F，也可能是受c的磁場力為－3F，方向向右，則此時b受c的磁場力為－6F，方向向右，故b受到的磁場力為－6F－F＝－7F，方向向右．三、非選擇題11．圖中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強磁場．現(xiàn)通過測量通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力來測量磁場的磁感應(yīng)強度大小、并判定其方向．所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內(nèi)的U形金屬框，其底邊水平，兩側(cè)邊豎直且等長；E為直流電源；R為電阻箱；A為電流表；S為開關(guān)．此外還有細沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線．(1)在圖中畫線連接成試驗電路圖．(2)完成下列主要試驗步驟中的填空：①按圖接線．答案：電路如圖所示②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細沙質(zhì)量m1.③閉合開關(guān)S，調(diào)整R的值使電流大小適當，在托盤內(nèi)重新加入適量細沙，使D重新處于平衡狀態(tài)；然后讀出電流表A的示數(shù)I，并用天平稱出細沙的質(zhì)量m2.④用米尺測量D的底邊長度l.(3)用測得的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強度的大小，可以得出B＝eq\f(|m2－m1|g,Il).(4)判定磁感應(yīng)強度方向的方法是：若m2>m1，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面對外；反之，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面對里．解析：(1)應(yīng)當用串聯(lián)電路．(3)通電前，依據(jù)D處于平衡狀態(tài)，有mDg＝m1g.通電后，D受安培力的作用，為求解安培力須要使D重新平衡，為了表示安培力須要測量D中電流I，細沙質(zhì)量m2，再依據(jù)D處于平衡狀態(tài)有mDg＋BIl＝m2g(或mDg－BIl＝m2g)，解得磁感應(yīng)強度大小為B＝eq\f(|m2－m1|g,Il).(4)依據(jù)左手定則可以推斷，當m2>m1時，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面對外．12.粗細勻稱的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的彈簧下邊，ab恰好在水平位置(如圖所示)．已知ab的質(zhì)量m＝10g，ab的長度L＝60cm，沿水平方向與ab垂直的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.4T.(1)要使兩根彈簧能處于自然狀態(tài)(既不被拉長，也不被壓縮)，導(dǎo)線ab中應(yīng)沿什么方向通入多大的電流？(2)若導(dǎo)線中有從a到b方向的大小為0.2A的電流通過時，兩根彈簧均被拉長了Δx＝1mm，求彈簧的勁度系數(shù)．(3)當導(dǎo)線中有從b到a方向的大小為0.2A的電流通過時，兩根彈簧被拉長了多少？(取g＝9.6N/kg)答案：(1)沿a→b方向通入0.4A電流(2)24N/m(3)3mm解析：(1)只有當導(dǎo)線ab受到的安培力方向豎直向上且等于導(dǎo)線ab的重力時，兩根彈簧才能處于自然狀態(tài)．依據(jù)左手定則，導(dǎo)線ab中的電流方向應(yīng)由a到b，由關(guān)系式mg＝BI1L可得電流的大小為I1＝eq\f(mg,BL)＝eq\f(0.01×9.6,0.4×0.6)A＝0.4A.(2)導(dǎo)線中通過有從a到b的電流時，導(dǎo)線受到豎直向上的安培力作用，被拉長的兩根彈簧對ab有豎直向上的拉力，同時導(dǎo)線受豎直向下的重力，可得平衡方程為BI2L＋2kΔx＝mg解得彈簧的勁度系數(shù)為k＝eq\f(mg－BI2L,2Δx)＝eq\f(0.01×9.6－0.4×0.2×0.6,2×0.001)N/m＝24N/m(3)當導(dǎo)線中通有從b到a的電流時，導(dǎo)線所受的安培力豎直向下，這時的平衡方程為：2kΔx′＝mg＋BI3L由此可求出兩根彈簧被拉伸的長度為Δx′＝eq\f(mg＋BI3L,2k)＝eq\f(0.01×9.6＋0.4×0.2×0.6,2×24)m＝0.003m＝3mm.13．如圖所示，水平平行導(dǎo)軌間距為L＝0.5m，導(dǎo)軌電阻忽視不計；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m＝1kg，電阻R0＝0.9Ω，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好；電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.1Ω，定值電阻R＝4Ω；勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝5T，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成α＝53°角；ab與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，定滑輪摩擦不計，ab與重物由繞過定滑輪的細線相連，線對ab的拉力為水平方向，重力加速度g取10m/s2，ab處于靜止狀態(tài)．(已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)．求：(1)ab受到的安培力大小和方向．(2)重物重力G的取值范圍．答案：(1)5N方向與水平方向成37°角斜向左上方(2)0.5N≤G≤7.5N解析：(