2020-2021學(xué)年物理教科版選修3-1課時(shí)作業(yè)17 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力 Word版含解析

1、課時(shí)作業(yè)17磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用安培力時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1關(guān)于磁場(chǎng)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(chǎng)方向、電流方向、安培力方向三者之間總是互相垂直的b磁場(chǎng)方向一定與安培力方向垂直，但電流方向不一定與安培力方向垂直c磁場(chǎng)方向不一定與安培力方向垂直，但電流方向一定與安培力方向垂直d磁場(chǎng)方向不一定與電流方向垂直，但安培力方向一定既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電流方向垂直解析：電流放入磁場(chǎng)中，不管電流與磁場(chǎng)是否垂直，安培力均垂直磁場(chǎng)和電流所確定的平面，即安培力總是垂直磁場(chǎng)方向，安培力總是垂直電流方向2一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示

2、當(dāng)沒有磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是(d)解析：用左手定則可判斷出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向里，c、d中所受安培力向右，導(dǎo)線受力以后的彎曲方向應(yīng)與受力方向一致3.如圖所示，導(dǎo)線框中電流為i，導(dǎo)線框垂直于磁場(chǎng)放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，ab與cd相距為d，則棒mn所受安培力大小為(c)afbidbfbidsincfdfbidcos解析：棒mn在磁場(chǎng)中有電流的長(zhǎng)度為，則fbil.故c正確4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，

3、則它們的運(yùn)動(dòng)情況是(c)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)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(dāng)電源接通后，磁場(chǎng)對(duì)流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度下列各俯視圖中正確表示磁場(chǎng)b方向的是(b)解析：要使炮彈加速，安培力方向必須向右，由左手定則判知b中磁場(chǎng)方向符合要求，故b對(duì)，a、c、d錯(cuò)6如圖所示為一種自動(dòng)跳閘的閘刀開關(guān)，o是轉(zhuǎn)動(dòng)軸，a是絕緣手柄，c是閘刀卡口，m、n接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、b1

4、 t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，co間距離為10 cm，當(dāng)磁場(chǎng)力為0.2 n時(shí)，閘刀開關(guān)會(huì)自動(dòng)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?yàn)?b)a電流方向co b電流方向occ電流大小為1 a d電流大小為0.5 a解析：由左手定則，電流的方向oc，由b得i2 a.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(diǎn)為外側(cè)圓弧的圓心，n點(diǎn)為水平段與圓弧段的切點(diǎn)兩金屬軌道之間的寬度為0.5 m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向如圖所示，大小為0.5 t質(zhì)量為0.05 kg、長(zhǎng)為0.5 m的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的m點(diǎn)當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以2 a的恒定電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿軌道向右由靜止開始運(yùn)動(dòng)已知mnop1 m，g取1

5、0 m/s2，則(d)a金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為5 m/s2b金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)的速度大小為5 m/sc金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)的向心加速度大小為10 m/s2d金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為0.75 n解析：金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小a10 m/s2，故a錯(cuò)；金屬細(xì)桿由m點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至p點(diǎn)的過程由動(dòng)能定理得bil(mnop)mgonmv，則vp2 m/s，故b錯(cuò)；金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)a向20 m/s2，故c錯(cuò)；在p點(diǎn)，設(shè)每一條軌道對(duì)金屬細(xì)桿的作用力大小為fn，由牛頓第二定律得2fnbilma向，則fn0.75 n，故d對(duì)二、多項(xiàng)選擇題8如圖，三根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線l1

6、、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)al1所受磁場(chǎng)作用力的方向與l2、l3所在平面垂直bl3所受磁場(chǎng)作用力的方向與l1、l2所在平面垂直cl1、l2和l3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為11dl1、l2和l3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1解析：由安培定則可判斷出l2在l1處產(chǎn)生的磁場(chǎng)(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(chǎng)(b31)方向垂直l1和l3的連線指向右下方，根據(jù)磁場(chǎng)疊加原理，l3和l2在l1處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)(b合1)方向如圖1所示，根據(jù)左手定則可判斷出l1所受磁場(chǎng)作用力的方向與l2和l

7、3所在平面平行，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；同理，如圖2所示，可判斷出l3所受磁場(chǎng)(b合3)作用力的方向(豎直向上)與l1、l2所在平面垂直，選項(xiàng)b正確；同理，如圖3所示，設(shè)一根長(zhǎng)直導(dǎo)線在另一根導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，根據(jù)幾何知識(shí)可知，b合1b，b合2b，b合3b，由安培力公式fbil可知l1、l2和l3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為11，選項(xiàng)c正確，d錯(cuò)誤9某電視節(jié)目做了如下實(shí)驗(yàn)：用裸露的銅導(dǎo)線繞制成一根無(wú)限長(zhǎng)螺線管，將螺線管放在水平桌面上，用一節(jié)干電池和兩個(gè)磁鐵制成一個(gè)“小車”，兩磁鐵的同名磁極粘在電池的正、負(fù)兩極上，只要將這輛小車推入螺線管中，小車就會(huì)加速運(yùn)動(dòng)起來(lái)，如圖所示關(guān)于小車的運(yùn)

8、動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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)生改變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，根據(jù)牛頓第三定律有“小車”向左加速，c錯(cuò)誤，故d正確；如果將某一磁鐵s極與電池粘連，則磁感線不會(huì)向外發(fā)散，兩部分受到方向相反的力，合力為零，不會(huì)產(chǎn)生加速度，故a錯(cuò)誤；將小車上

9、兩磁鐵均改為s極與電池粘連，磁感線會(huì)向里聚集，受到的力的方向與原來(lái)相反，故車的加速度方向?qū)l(fā)生改變，故b正確10如圖所示，兩根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線a，b平行放置，a，b中的電流強(qiáng)度分別為i和2i，此時(shí)a受到的磁場(chǎng)力為f，以該磁場(chǎng)力方向?yàn)檎较?，a，b的正中間再放置一根與a，b平行共面的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線c后，a受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)?f，則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力的大小為(bd)a0bfc4fd7f解析：由于a對(duì)b的磁場(chǎng)力和b對(duì)a的磁場(chǎng)力是相互作用力，故b受到a的磁場(chǎng)力為f，中間再加一通電長(zhǎng)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(qiáng)度大小相同，故b受到c的磁場(chǎng)力為a受到c的磁場(chǎng)力的2倍，a受力大小變成

10、2f，可能是受c的磁場(chǎng)力為f，方向向左，此時(shí)b受c的磁場(chǎng)力為2f，方向向左，故b受到的磁場(chǎng)力為f，方向向左；a受力大小變成2f，也可能是受c的磁場(chǎng)力為3f，方向向右，則此時(shí)b受c的磁場(chǎng)力為6f，方向向右，故b受到的磁場(chǎng)力為6ff7f，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(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)通過測(cè)量通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(zhǎng)；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(xì)沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線(1)在圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖(2)完

11、成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：按圖接線答案：電路如圖所示保持開關(guān)s斷開，在托盤內(nèi)加入適量細(xì)沙，使d處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細(xì)沙質(zhì)量m1.閉合開關(guān)s，調(diào)節(jié)r的值使電流大小適當(dāng)，在托盤內(nèi)重新加入適量細(xì)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(xì)沙的質(zhì)量m2.用米尺測(cè)量d的底邊長(zhǎng)度l.(3)用測(cè)得的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可以得出b.(4)判定磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的方法是：若m2m1，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外；反之，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里解析：(1)應(yīng)當(dāng)用串聯(lián)電路(3)通電前，根據(jù)d處于平衡狀態(tài)，有mdgm1g.通電后，d受安培力的作用，為求解安培力需要使d

12、重新平衡，為了表示安培力需要測(cè)量d中電流i，細(xì)沙質(zhì)量m2，再根據(jù)d處于平衡狀態(tài)有mdgbilm2g(或mdgbilm2g)，解得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b.(4)根據(jù)左手定則可以判斷，當(dāng)m2m1時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外12.粗細(xì)均勻的直導(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m10 g，ab的長(zhǎng)度l60 cm，沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.4 t.(1)要使兩根彈簧能處于自然狀態(tài)(既不被拉長(zhǎng)，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0.2 a的電流通過時(shí)，兩根彈簧均被拉長(zhǎng)了x1 mm

13、，求彈簧的勁度系數(shù)(3)當(dāng)導(dǎo)線中有從b到a方向的大小為0.2 a的電流通過時(shí)，兩根彈簧被拉長(zhǎng)了多少？(取g9.6 n/kg)答案：(1)沿ab方向通入0.4 a電流(2)24 n/m(3)3 mm解析：(1)只有當(dāng)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(shí)，兩根彈簧才能處于自然狀態(tài)根據(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mgbi1l可得電流的大小為i1 a0.4 a.(2)導(dǎo)線中通過有從a到b的電流時(shí)，導(dǎo)線受到豎直向上的安培力作用，被拉長(zhǎng)的兩根彈簧對(duì)ab有豎直向上的拉力，同時(shí)導(dǎo)線受豎直向下的重力，可得平衡方程為bi2l2kxmg解得彈簧的勁度系數(shù)為k n/m24 n/

14、m(3)當(dāng)導(dǎo)線中通有從b到a的電流時(shí)，導(dǎo)線所受的安培力豎直向下，這時(shí)的平衡方程為：2kxmgbi3l由此可求出兩根彈簧被拉伸的長(zhǎng)度為x m0.003 m3 mm.13如圖所示，水平平行導(dǎo)軌間距為l0.5 m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m1 kg，電阻r00.9 ，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好；電源電動(dòng)勢(shì)e10 v，內(nèi)阻r0.1 ，定值電阻r4 ；勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b5 t，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成53角；ab與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，定滑輪摩擦不計(jì)，ab與重物由繞過定滑輪的細(xì)線相連，線對(duì)ab的拉力為水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)(已知sin530.8，cos530.6)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)5 n方向與水平方向成37角斜向左上方(2)0.5 ng