2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)21通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力含解析新人教版選修3-1

PAGE6-課時(shí)分層作業(yè)(二十一)(時(shí)間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．如圖所示，長(zhǎng)為2L的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等，夾角為60°的“V”形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流I時(shí)，該“V”形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()A．BIL B．2BILC．0.5BIL D．0A[導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為2Lsin30°＝L，故該“V”形通電導(dǎo)線受到安培力大小為BIL，A正確。]2．(多選)如圖所示，在方框中有一能產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，現(xiàn)在在方框右邊放一通電直導(dǎo)線(電流方向如圖中箭頭方向)，發(fā)覺(jué)通電導(dǎo)線受到向右的作用力，則方框中放置的裝置可能是()ABCDCD[通電螺線管在通電直導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)向右，由左手定則可知直導(dǎo)線受安培力垂直紙面對(duì)里，A錯(cuò)誤；垂直紙面的通電直導(dǎo)線在通電直導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)使通電直導(dǎo)線一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊靠近，B錯(cuò)誤；通電圓環(huán)在通電直導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面對(duì)外，由左手定則可知通電直導(dǎo)線所受安培力向右，C正確；D中兩通電直導(dǎo)線電流反向，相互排斥，D正確。]3．如圖所示，兩個(gè)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(dòng)，若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流，則它們的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．都繞圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)B．以不等的加速度相向運(yùn)動(dòng)C．以相等的加速度相向運(yùn)動(dòng)D．以相等的加速度相背運(yùn)動(dòng)C[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，C正確。]4．下列關(guān)于磁電式電流表的說(shuō)法中不正確的是()A．指針?lè)€(wěn)定后，螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻力與線圈所受到的安培力方向是相反的B．通電線圈中的電流越大，電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度越大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)，與所處位置無(wú)關(guān)C[螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻力與安培力引起的動(dòng)力從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)看二力方向相反。電流表內(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(wú)關(guān)，電流越大，安培力越大，指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大。綜上可知，A、B、D正確，C錯(cuò)誤。]5．(多選)如圖所示，在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c，各導(dǎo)線中的電流大小相同，其中a、c導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面對(duì)外，b導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面對(duì)內(nèi)，每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對(duì)它的安培力作用，則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力，以下說(shuō)法正確的是()A．導(dǎo)線a所受合力方向水平向右B．導(dǎo)線c所受合力方向水平向右C．導(dǎo)線c所受合力方向水平向左D．導(dǎo)線b所受合力為零BD[由安培定則確定電流磁場(chǎng)方向，再由磁場(chǎng)的疊加判定a、b、c處合磁場(chǎng)方向，由左手定則可得出導(dǎo)線a受合力方向向左，導(dǎo)線c受合力方向向右，導(dǎo)線b受安培力合力為零，故選B、D。]6．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面對(duì)里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確的是()A．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面對(duì)上B．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面對(duì)下C．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面對(duì)下D．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面對(duì)上A[由左手定則可知，要使棒受力平衡，磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直斜面對(duì)上。對(duì)棒由平衡條件可得mgsinα＝BIL，解得B＝mgeq\f(sinα,IL)，A正確。]二、非選擇題(14分)7．長(zhǎng)L＝60cm、質(zhì)量m＝6.0×10－2kg、粗細(xì)勻稱的金屬棒，兩端用完全相同的彈簧掛起，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T、方向垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，若不計(jì)彈簧重力(g取10m/s2(1)要使彈簧不伸長(zhǎng)，金屬棒中電流的大小和方向如何？(2)若在金屬棒中通入自左向右、大小為I＝0.2A的電流，金屬棒下降x1＝1cm；若通入金屬棒中的電流仍為0.2A，[解析](1)要使彈簧不伸長(zhǎng)，則重力應(yīng)與安培力平衡，所以安培力應(yīng)向上，據(jù)左手定則可知電流方向應(yīng)向右，因mg＝BLI，所以I＝eq\f(mg,BL)＝2.5A。(2)因在金屬棒中通入自左向右、大小為I＝0.2A的電流，金屬棒下降x1＝1cm，由平衡條件得mg＝BLI＋2kx1。當(dāng)電流反向時(shí)，由平衡條件得mg＝－BLI＋2kx2解得x2＝1.17cm[答案](1)2.5A向右(2)[實(shí)力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．如圖所示，放在臺(tái)秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中心的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面對(duì)外的電流，則()A．假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明磁鐵左端是北極B．假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明磁鐵右端是北極C．無(wú)論如何臺(tái)秤的示數(shù)都不行能改變D．以上說(shuō)法都不正確A[假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對(duì)導(dǎo)線的作用力豎直向上，依據(jù)左手定則可推斷，導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)方向水平向右，由磁鐵四周磁場(chǎng)分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為北極，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。]2．(多選)通電矩形線框abcd與長(zhǎng)直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab邊與MN平行。關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力，下列說(shuō)法正確的是()A．線框有兩條邊所受到的安培力方向相同B．線框有兩條邊所受的安培力大小相等C．線框所受的安培力的合力方向向左D．線框所受的安培力的合力方向向右BD[由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)外，再由左手定則推斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反。ab邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd。因ab所處的磁場(chǎng)強(qiáng)，cd所處的磁場(chǎng)弱，故Fab＞Fcd，線框所受合力方向向右。]3．(多選)如圖所示的裝置可演示磁場(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)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)BD[若a接正極，b接負(fù)極，則電磁鐵磁極間磁場(chǎng)方向向上，當(dāng)e接正極，f接負(fù)極時(shí)，由左手定則可知，金屬桿所受安培力向左，則L向左滑動(dòng)，A錯(cuò)誤；同理可判定B、D正確，C錯(cuò)誤。]4．(多選)電磁軌道炮工作原理如圖所示。待放射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出。現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來(lái)的2倍，理論上可采納的方法是()A．只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B．只將電流I增加至原來(lái)的2倍C．只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其他量不變BD[利用動(dòng)能定理有BIlL＝eq\f(1,2)mv2－0，B＝kI，解得v＝eq\r(\f(2kI2lL,m))，B、D正確。]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，傾角為θ，處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌中接入電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的直流電源，電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計(jì)，將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，求導(dǎo)體棒在釋放時(shí)的瞬時(shí)加速度的大小。[解析]對(duì)導(dǎo)體棒受力分析，如圖所示。由牛頓其次定律得mgsinθ－BILcosθ＝ma由閉合電路歐姆定律得E＝I(R＋r)由以上兩式解得a＝gsinθ－eq\f(BLEcosθ,m（R＋r）)。[答案]gsinθ－eq\f(BLEcosθ,m（R＋r）)6．(14分)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝2V，內(nèi)電阻r＝0.5Ω，豎直導(dǎo)軌電阻可忽視，金屬棒的質(zhì)量m＝0.1kg，電阻R＝0.5Ω，它與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，有效長(zhǎng)度L＝0.2m。為了使金屬棒能夠靠在導(dǎo)軌外面靜止不動(dòng)，我們施加一與紙面成30°角向里且與金屬棒垂直的磁場(chǎng)，問(wèn)磁場(chǎng)方向是斜向上還是斜向下？磁感應(yīng)強(qiáng)度B的范圍是多大？(g取10m[解析]甲以靜止的金屬棒為探討對(duì)象，其受力狀況如圖所示。金屬棒對(duì)導(dǎo)軌肯定有壓力，依據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)方向