高中人教版物理選修3-1課時分層作業(yè)3-4通電導線在磁場中受到的力

課時分層作業(yè)二十五通電導線在磁場中受到的力(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.一根容易形變的彈性導線,兩端固定,導線中通有電流,方向如圖中箭頭所示。當沒有磁場時,導線呈直線狀態(tài);當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時,描述導線狀態(tài)的四個圖示中正確的是 ()【解析】選D。A圖中I與B平行應不受安培力,故A錯誤,由左手定則知B、C錯誤,D正確。2.(多選)通電矩形導線框abcd與無限長通電直導線MN在同一平面內,電流方向如圖所示,ab邊與MN平行。關于MN的磁場對線框的作用,下列敘述正確的是 ()A.線框有兩條邊所受的安培力方向相同B.線框有兩條邊所受的安培力大小相同C.線框所受安培力的合力向左D.線框將繞MN轉動【解析】選B、C。通電矩形線框abcd在無限長直通電導線形成的磁場中,受到磁場力的作用,對于ad邊和bc邊,所在的磁場相同,但電流方向相反,所以ad邊、bc邊受磁場力(安培力)大小相同,方向相反,即ad邊和bc邊受合力為零,而對于ab和cd兩條邊,由于在磁場中,離長直導線的位置不同,ab邊近而且由左手定則判斷受力向左,cd邊遠而且由左手定則判斷受力向右,所以ab邊、cd邊受合力方向向左,故B、C選項正確。3.如圖所示電路中,電池均相同,當電鍵S分別置于a、b兩處時,導致MM′與NN′之間的安培力的大小分別為fa、fb,可判斷這兩段導線 ()A.相互吸引,fa>fb B.相互排斥,fa>fbC.相互吸引,fa<fb D.相互排斥,fa<fb【解析】選D。電鍵S閉合后,MM′、NN′中產生平行反向電流,據(jù)安培定則和左手定則可知,兩導線相互排斥,A、C錯。電鍵S置于b處時,兩段導線中的電流較大,導線產生較強的磁場,對另一導線產生較大的安培斥力,即fa<fb,故B錯、D對。4.(多選)要想提高磁電式電流表的靈敏度,可采用的辦法有 ()A.增加線圈匝數(shù)B.增加永久性磁鐵的磁感應強度C.換用彈性較強的游絲,增大反抗力矩D.增加線圈面積【解析】選A、B、D。當給電流表通入電流I時,通電線圈就在安培力的作用下轉動,同時螺旋彈簧即游絲變形,反抗線圈的轉動。研究表明電流表靈敏度將隨著線圈匝數(shù)N、線圈面積S及磁感應強度B的增大而提高,隨著螺旋彈簧彈性強弱的增大而降低。故應選A、B、D。5.如圖所示的兩條長直導線AB和CD相互垂直。其中AB固定。CD可以以其中心為軸自由轉動或平動。彼此相隔一段很小的距離。當分別通以圖示方向的電流I時。CD的運動情況是 ()A.順時針方向轉動、同時靠近導線ABB.順時針方向轉動、同時離開導線ABC.逆時針方向轉動、同時靠近導線ABD.逆時針方向轉動、同時離開導線AB【解析】選C。AB導線產生的磁場磁感線為第一個圖的黑圓線,水平的為CD導線,由左手定則可判斷左側受力向下,右側受力向上,所以CD導線會逆時針旋轉。AB導線和CD導線靠近還是遠離可以從第二個圖判斷,AB產生的磁場如圖所示,由左手定則可判斷CD導線受力指向AB導線,故CD導線會靠近AB導線。所以C正確。6.(多選)如圖所示,一根通電的直導體放在傾斜的粗糙斜面上,置于圖示方向的勻強磁場中,處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)增大電流,導體棒仍靜止,則在增大電流的過程中,導體棒受到的摩擦力的大小變化情況可能是 ()A.一直增大 B.先減小后增大C.先增大后減小 D.始終為零【解析】選A、B。若F安<mgsinα,因安培力向上,則摩擦力向上,當F安增大時,F摩減小到零,再向下增大,B對;若F安>mgsinα,摩擦力向下,隨F安增大而一直增大,A對。二、非選擇題(14分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.如圖所示,光滑的平行導軌傾角為θ,處在磁感應強度為B的勻強磁場中,導軌中接入電動勢為E、內阻為r的直流電源,電路中有一阻值為R的電阻,其余電阻不計,將質量為m,長度為L的導體棒由靜止釋放,求導體棒在釋放瞬間的加速度的大小?！窘馕觥慨嫵鰧w棒側面受力示意圖如圖所示,導體棒受重力mg、支持力FN和安培力F作用,由牛頓第二定律得mgsinθFcosθ=ma ①F=BIL ②I=QUOTE ③由①②③式可得a=gsinθQUOTE答案:gsinθQUOTE(25分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題5分,共30分)1.如圖所示,均勻繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導線A,A與螺線管垂直,A導線中的電流方向垂直紙面向里,開關S閉合,A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是 ()A.水平向左 B.水平向右C.豎直向下 D.豎直向上【解析】選D。先用安培定則判斷螺線管的磁場方向,在A點導線處的磁場方向是水平向左的;再用左手定則判斷出導線A受到的安培力豎直向上。故選D。2.在等邊三角形的三個頂點a、b、c處,各有一條長直導線垂直穿過紙面,導線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示,過c點的導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】選C。根據(jù)直線電流相互作用的規(guī)律可知a與c相互吸引,b與c也相互吸引,所以導線c所受的合力方向一定指向左邊且與ab邊垂直,故C選項正確。3.如圖所示,條形磁鐵放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根長直導線,導線與磁鐵垂直,給導線通以垂直紙面向里的電流,用FN表示磁鐵對桌面的壓力,用Ff表示桌面對磁鐵的摩擦力,導線通電后與通電前相比較 ()A.FN減小,Ff=0 B.FN減小,Ff≠0C.FN增大,Ff=0 D.FN增大,Ff≠0【解析】選C。磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極,因為長直導線在磁鐵的中央上方,所以此處的磁感線是水平的,電流的方向垂直于紙面向里,根據(jù)左手定則,導線受磁鐵給的“安培力”方向豎直向上;長直導線是固定不動的,根據(jù)物體間力的作用是相互的,導線給磁鐵的反作用力方向就是豎直向下的;因此磁鐵對水平桌面的壓力除了重力之外還有通電導線的作用力,壓力是增大的;因為這兩個力的方向都是豎直向下的,所以磁鐵不會發(fā)生相對運動,也就不會產生摩擦力。4.如圖所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個條件,θ角的相應變化情況是 ()A.棒中的電流變大,θ角變大B.兩懸線等長變短,θ角變小C.金屬棒質量變大,θ角變大D.磁感應強度變大,θ角變小【解析】選A。選金屬棒MN為研究對象,其受力情況如圖所示。根據(jù)平衡條件及三角形知識可得tanθ=QUOTE,所以當棒中的電流I、磁感應強度B變大時,θ角變大,A正確,D錯誤;當金屬棒質量m變大時,θ角變小,C錯誤;θ角的大小與懸線的長短無關,B錯誤。5.如圖所示,把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方,導線可以自由轉動,當導線通入圖示方向電流I時,導線的運動情況是(從上往下看)()A.順時針方向轉動,同時下降B.順時針方向轉動,同時上升C.逆時針方向轉動,同時下降D.逆時針方向轉動,同時上升【解析】選A。方法一,電流元法。如圖所示,把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元,由于O′O段電流方向與該處磁場方向平行,所以不受安培力作用;AO′段電流元所在處的磁場方向傾斜向上,根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外;OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里。綜上可知導線將以OO′段為軸順時針轉動(俯視)。方法二,特殊位置法。把導線轉過90°的特殊位置來分析,根據(jù)左手定則判得安培力方向向下,故導線在順時針轉動的同時向下運動。綜上所述,A正確。6.質量為m的通電細桿置于傾角為θ的導軌上,導軌的寬度為L,桿與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ,有電流通過桿,桿恰好靜止于導軌上,如下列選項所示(截面圖),桿與導軌間的摩擦力一定不為零的是 ()【解析】選C、D。根據(jù)左手定則判斷出各圖中安培力的方向,對通電細桿進行受力分析,由物體的受力平衡條件可判斷選項C、D正確。二、非選擇題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.如圖所示,水平放置的兩導軌P、Q間的距離L=0.5m,垂直于導軌平面的勻強磁場的磁感應強度B=2T。垂直于導軌放置的ab棒中點系水平細線,線跨過光滑定滑輪掛上G=3N的物塊,已知ab棒與導軌間的最大靜摩擦力為2N,電源的電動勢E=10V,內阻r=1Ω,導軌的電阻及ab棒的電阻均不計,細線質量不計,ab棒始終靜止在導軌上,(1)判定磁感應強度B的方向并說明依據(jù)。(2)求滑動變阻器R的可能值?！窘馕觥?1)根據(jù)受力分析可知ab棒所受的安培力一定水平向左,根據(jù)左手定則,磁感應強度B的方向垂直于導軌平面向上。(2)滑動變阻器R取最大值時,流過ab棒電流最小,安培力最小,最大靜