2023高中物理第3章磁場(chǎng)4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力課時(shí)作業(yè)新人教版選修3-1

PAGE通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～3題為單項(xiàng)選擇題，4、5題為多項(xiàng)選擇題)1．一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．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)圖示中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232641)(D)解析：勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向上與導(dǎo)線平行，導(dǎo)線受到的安培力為零，A錯(cuò)；勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平向右，根據(jù)左手定那么可知導(dǎo)線受到安培力向里，B錯(cuò)；勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向外，由左手定那么可知導(dǎo)線受到安培力水平向右，C錯(cuò)、D對(duì)。2．如下圖為一種自動(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、B＝1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，CO間距離為10cm，當(dāng)磁場(chǎng)力為0.2N時(shí)，閘刀開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳開。那么要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向?yàn)閑q\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232642)(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：由左手定那么，電流的方向O→C，由B＝eq\f(F,IL)得I＝eq\f(F,BL)＝2A。3．(重慶市主城區(qū)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期末六校聯(lián)考)如下圖，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)現(xiàn)通電導(dǎo)線受到向右的作用力，那么方框中放置的裝置可能是下面哪個(gè)eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232643)(C)解析：根據(jù)通電導(dǎo)線受到向右的作用力，由左手定那么判定導(dǎo)線處于垂直紙面向外的磁場(chǎng)中，根據(jù)右手定那么可判只有C選項(xiàng)符合要求，應(yīng)選C。4．(河北衡水中學(xué)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期調(diào)研)如下圖，一條形磁鐵靜止在斜面上，固定在磁鐵中心的垂直上方的水平導(dǎo)線中通有垂直流向紙外的恒定電流，假設(shè)將磁鐵的N極位置與S極位置對(duì)調(diào)后，仍放在斜面上原來的位置，假設(shè)磁鐵仍然靜止，那么磁鐵對(duì)斜面的壓力FN和摩擦力Ff的變化情況分別是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232644)(BD)A．FN增大 B．FN減小C．Ff減小 D．Ff不變解析：條形磁鐵在導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向平行于斜面向上，由左手定那么知導(dǎo)線所受安培力垂直斜面向上，根據(jù)牛頓第三定律知條形磁鐵所受安培力垂直斜面向下，假設(shè)將磁鐵的N極位置與S極位置對(duì)調(diào)后，同理可知條形磁鐵所受安培力垂直斜面向上，故磁鐵對(duì)斜面的壓力FN減小，根據(jù)平衡條件：Ff＝mgsinθ保持不變；應(yīng)選BD。5．(莆田一中2022～2022學(xué)年高二檢測(cè))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)線垂直的金屬桿。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)。以下說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232645)(BD)A．假設(shè)a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，那么L向右滑動(dòng)B．假設(shè)a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，那么L向右滑動(dòng)C．假設(shè)a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，那么L向左滑動(dòng)D．假設(shè)a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，那么L向左滑動(dòng)解析：假設(shè)a接正極，b接負(fù)極，電磁鐵磁極間磁場(chǎng)方向向上，e接正極，f接負(fù)極，由左手定那么判定金屬桿受安培力向左，那么L向左滑動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤，同理判定B、D選項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題6．(湖南長(zhǎng)郡中學(xué)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期中)如圖，一長(zhǎng)為10cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω。開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量均為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232646)答案：安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01kg解析：金屬棒通電后，閉合回路電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(12V,2Ω)＝6A，導(dǎo)體棒受到安培力F＝BIL＝0.06N。根據(jù)左手定那么可判斷金屬棒受到安培力方向豎直向下，開關(guān)閉合前2×k×0.5×10－2＝mg，開關(guān)閉合后2×k×(0.5＋0.3)×10－2＝mg＋F，解得m＝0.01kg。能力提升一、選擇題(1、2題為單項(xiàng)選擇題，3、4題為多項(xiàng)選擇題)1．把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸，并使它組成如下圖的電路，當(dāng)開關(guān)S接通后將看到的現(xiàn)象是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232647)(C)A．彈簧向上收縮B．彈簧被拉長(zhǎng)C．彈簧上下跳動(dòng)D．彈簧仍靜止不動(dòng)解析：通電后，彈簧的每一個(gè)圈都相當(dāng)一個(gè)環(huán)形電流，且各線圈都通以相同方向的電流，根據(jù)同向電流相互吸引，彈簧收縮，下端脫離水銀面，使電路斷開，電路斷開后，彈簧中的電流消失，磁場(chǎng)作用失去，彈簧在彈力和自身重力作用下下落，于是電路又接通，彈簧又收縮……如此周而復(fù)始，形成彈簧上下跳動(dòng)。正確答案為C。2．(江西南昌二中2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期中)如下圖，兩個(gè)完全相同且相互絕緣、正交的金屬環(huán)，可沿軸線OO′自由轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)通以圖示方向電流，沿OO′看去會(huì)發(fā)現(xiàn)eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232648)(D)A．A環(huán)、B環(huán)均不轉(zhuǎn)動(dòng)B．A環(huán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，B環(huán)也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，兩環(huán)相對(duì)不動(dòng)C．A環(huán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，B環(huán)也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，兩環(huán)相對(duì)不動(dòng)D．A環(huán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，B環(huán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者吸引靠攏至重合為止解析：由安培定那么可得，A環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向向下，B環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向向左，兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用后有磁場(chǎng)的方向趨向一致的趨勢(shì)，所以A環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，B環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，二者相互靠攏，直至重合，故D正確。3．實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。假設(shè)線圈中通以如圖乙所示的電流，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232649)(ABD)A．在量程內(nèi)指針轉(zhuǎn)至任一角度，線圈平面都跟磁感線平行B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)C．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時(shí)，b端受到的安培力方向向上D．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時(shí)，安培力的作用使線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)解析：指針在量程內(nèi)線圈一定處于磁場(chǎng)之中，由于線圈與鐵芯共軸，線圈平面總是與磁感線平行，故A正確。電表的調(diào)零使得當(dāng)指針處于“0〞刻線時(shí)，螺旋彈簧處于自然狀態(tài)，所以無論線圈向哪一方向轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力，故B正確。由左手定那么知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力將使線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤，D正確。4．如下圖，有兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)體棒a、b，a被水平放置在傾角為45°的光滑斜面上，b被水平固定在與a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它們之間的距離為x，當(dāng)兩細(xì)棒中均通以電流強(qiáng)度為I的同向電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止，那么以下關(guān)于b的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232650)(ACD)A．方向向上B．大小為eq\f(\r(2)mg,2LI)C．要使a仍能保持靜止，而減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可使b上移D．假設(shè)使b下移，a將不能保持靜止解析：由安培定那么可知，通電導(dǎo)體棒b周圍的磁感線方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，所以在a點(diǎn)的磁場(chǎng)方向豎直向上，如圖a所示，所以選項(xiàng)A正確；以導(dǎo)線a為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析如圖(a)所示，故有mg＝BIL，解得a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝eq\f(mg,IL)，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；欲減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可增大兩導(dǎo)線間的距離，將b上移或下移都可以，當(dāng)b上移時(shí)，a受到的安培力方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)能保持a受力平衡，所以選項(xiàng)C正確；假設(shè)b下移，導(dǎo)體棒受力不平衡，應(yīng)選項(xiàng)D正確。二、非選擇題5．(河北衡水中學(xué)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期調(diào)研)利用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系就可以測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，彈簧測(cè)力計(jì)下端掛一矩形導(dǎo)線框，導(dǎo)線框接在圖示電路中，線框的短邊置于蹄形磁體的N、S極間磁場(chǎng)中的待測(cè)位置。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232651)(1)在接通電路前，待線框靜止后，先觀察并記錄下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F0；(2)接通電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表讀數(shù)為I，待線框靜止后，觀察并記錄下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F(F＞F0)。由以上測(cè)量數(shù)據(jù)可知：導(dǎo)線框所受重力大小等于__F0__；磁場(chǎng)對(duì)矩形線框位于磁場(chǎng)中的一條邊的作用力大小為__F－F0__。假設(shè)導(dǎo)線框在磁場(chǎng)中的這條邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、線圈匝數(shù)為N，那么利用上述數(shù)據(jù)計(jì)算待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式為B＝__eq\f(F－F0,INL)__。解析：在接通電路前，重力等于彈簧的拉力，即F0；接通電路導(dǎo)線框受到重力、安培力和拉力的作用，處于平衡狀態(tài)，平衡方程為：F－G－F安＝0所以：F安＝F－G＝F－F0又：F安＝NBIL那么：B＝eq\f(F－F0,INL)。6．(沈陽市東北育才中學(xué)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期檢測(cè))如下圖，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，方向垂直紙面向外，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)t＝0，B＝0，那么需