2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場(chǎng)第2節(jié)磁吃通電導(dǎo)線的作用-安培力練習(xí)含解析教科版選修3-1

PAGE4-第2節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力一、單項(xiàng)選擇題1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A．受到豎直向上的安培力B．受到豎直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向東的安培力解析：赤道上空的地磁場(chǎng)方向是由南向北的，電流方向由西向東，由左手定則推斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的，選項(xiàng)A正確．答案：A2.在如圖所示電路中，電池均相同，當(dāng)開(kāi)關(guān)S分別置于a、b兩處時(shí)，導(dǎo)線MM′與NN′之間的安培力的大小分別為fa、fb，可推斷這兩段導(dǎo)線()A．相互吸引，fa>fbB．相互排斥，fa>fbC．相互吸引，fa<fb D．相互排斥，fa<fb解析：開(kāi)關(guān)S閉合后，MM′、NN′中產(chǎn)生平行反向電流，據(jù)安培定則和左手定則可知，兩導(dǎo)線相互排斥，A、C錯(cuò)．開(kāi)關(guān)S置于b處時(shí)，兩段導(dǎo)線中的電流較大，導(dǎo)線產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，對(duì)另一導(dǎo)線產(chǎn)生較大的安培斥力，即fa<fb，故B錯(cuò)，D對(duì)．答案：D3.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(guò)紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示．過(guò)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，指向右邊解析：依據(jù)安培定則推斷出c處合磁場(chǎng)方向與ab連線平行，方向向下，由左手定則可知安培力方向向左，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確．答案：C4．如圖所示，勻稱繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方旁邊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對(duì)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：C5.一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2相互絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將()A．不動(dòng) B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．向紙面內(nèi)平動(dòng)解析：解法一：利用結(jié)論法環(huán)形電流I1、I2之間不平行，則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是從左向右看線圈L1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．解法二：等效法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前N極指向紙內(nèi)，因此應(yīng)由向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．答案：B二、多項(xiàng)選擇題6．一根長(zhǎng)為0.2m、電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的大小可能是()A．0.4N B．0.2NC．0.1N D．0解析：當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行時(shí)，受到的磁場(chǎng)力為零，當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)，F(xiàn)＝BIl＝0.5×2×0.2＝0.2N，故選項(xiàng)B、C、D都有可能．答案：BCD7．圖中裝置可演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用．電磁鐵上、下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿．當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()A．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動(dòng)B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動(dòng)C．若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動(dòng)D．若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動(dòng)解析：若a接正極，b接負(fù)極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，依據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)；若a接正極，b接負(fù)極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，依據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動(dòng)，B正確；若a接負(fù)極，b接正極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向下的磁場(chǎng)，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，依據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)；若a接負(fù)極，b接正極，則依據(jù)安培定則可知線圈之間產(chǎn)生向下的磁場(chǎng)，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，依據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動(dòng)，D正確．答案：BD8．如圖所示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′之間，導(dǎo)線水平并處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ，則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為()A．沿y軸正向，eq\f(mg,IL)B．沿z軸負(fù)向，eq\f(mgtanθ,IL)C．沿z軸正向，eq\f(mgtanθ,IL)D．沿懸線向上，eq\f(mgsinθ,IL)解析：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿y軸正向并且細(xì)線拉力為零時(shí)，BIL＝mg，B＝eq\f(mg,IL)，選項(xiàng)A正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿z軸負(fù)向時(shí)，由共點(diǎn)力的平衡條件可知，BIL＝mgtanθ，B＝eq\f(mgtanθ,IL)，選項(xiàng)B正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿z正向或沿懸線向上時(shí)，導(dǎo)線不行能平衡，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．答案：AB9．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中有一光滑斜面體，在斜面體上放了一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)線，當(dāng)通以如圖方向的電流后，導(dǎo)線恰好能保持靜止，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿意()A．B＝eq\f(mg,IL)，方向水平向左B．B＝eq\f(mgsinθ,IL)，方向垂直紙面對(duì)外C．B＝eq\f(mgcosθ,IL)，方向沿斜面對(duì)上D．B＝eq\f(mgtanθ,IL)，方向豎直向下解析：磁場(chǎng)方向水平向左時(shí)，安培力豎直向上，與重力平衡，有mg＝BIL，解得B＝eq\f(mg,IL)，故選項(xiàng)A正確；磁場(chǎng)垂直向外時(shí)，由于電流與磁場(chǎng)方向平行，故安培力為零，不行能平衡，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；方向沿斜面對(duì)上，安培力垂直于斜面對(duì)上，不行能平衡，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；磁場(chǎng)豎直向下時(shí)，安培力水平向左，導(dǎo)體棒還受到重力和支持力，依據(jù)平衡條件和安培力公式，有mgtanθ＝BIL，解得B＝eq\f(mgtanθ,IL)，故選項(xiàng)D正確．答案：AD10．在同一光滑斜面上放同一導(dǎo)體棒，如圖所示是兩種狀況的剖面圖．所處空間有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但方向不同，一次垂直斜面對(duì)上，另一次豎直向上，兩次導(dǎo)體棒A分別通有電流I1和I2，都處于靜止平衡．已知斜面的傾角為θ，則()A．I1∶I2＝cosθ∶1B．I1∶I2＝1∶1C．導(dǎo)體棒A所受安培力大小之比F1∶F2＝sinθ∶cosθD．斜面對(duì)導(dǎo)體棒A的彈力大小之比FN1∶FN2＝cos2θ∶1解析：分別對(duì)導(dǎo)體棒受力分析，如圖所示，利用平衡條件即可求解．第一種狀況：F1＝BI1L＝mgsinθ，F(xiàn)N1＝mgcos解得：I1＝eq\f(mgsinθ,BL)其次種狀況：F2＝BI2L＝mgtanθ，F(xiàn)N2＝eq\f(mg,cosθ)解得：I2＝eq\f(mgtanθ,BL)所以eq\f(F1,F2)＝eq\f(BI1L,BI2L)＝eq\f(I1,I2)＝eq\f(sinθ,tanθ)＝cosθ，eq\f(FN1,FN2)＝eq\f(cosθ,\f(1,cosθ))＝cos2θ可見(jiàn)，A、D正確，B、C錯(cuò)誤．答案：AD三、非選擇題11.如圖所示，一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abcd，bc邊長(zhǎng)為l，線框的下半部處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線框平面垂直，在圖中垂直于紙面對(duì)里，線框中通以電流I，方向如圖所示，起先時(shí)線框處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)令磁場(chǎng)反向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B，線框達(dá)到新的平衡，在此過(guò)程中線框位移的大小Δx為多少？方向如何？解析：兩種狀況下安培力方向相反，大小均為F安＝nBIl，則彈簧彈力的變更量為ΔF＝k·Δx＝2nBIl，所以Δx＝eq\f(2nBIl,k).起先時(shí)安培力向上，后來(lái)安培力向下，所以線框位移方向向下．答案：eq\f(2nBIl,k)向下12.把一根通電的硬直導(dǎo)線ab放在磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所在區(qū)域的磁感線呈弧形，如圖所示．導(dǎo)線可以在空中自由移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線中的電流方向由a向b.(1)請(qǐng)描述導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)狀況．(2)虛線框內(nèi)有產(chǎn)生以上弧形磁感線的磁場(chǎng)源，它可能是條形磁鐵、蹄形磁鐵、通電螺線管、直線電流．請(qǐng)你分別按每種可能考慮，大致畫(huà)出它們的安放位置．解析：(1)通電導(dǎo)線a端、b端分別受到的安培力為垂