高中物理人教版選修31課時(shí)跟蹤檢測(cè)（二十二）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力

課時(shí)跟蹤檢測(cè)（二十二）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力1．一條勁度系數(shù)較小的金屬?gòu)椈商幱谧杂蔂顟B(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時(shí)，彈簧將()A．保持原長(zhǎng) B．收縮C．伸長(zhǎng) D．不能確定解析：選B彈簧通電時(shí)，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。2．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，下列說(shuō)法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉?lái)的一半解析：選B根據(jù)左手定則可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力最大，可見(jiàn)，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，C錯(cuò)誤；如圖所示，電流I和磁場(chǎng)B垂直，直導(dǎo)線受到的安培力F＝BIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場(chǎng)B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力為F′＝eq\f(\r(2),2)BIL，D錯(cuò)誤。3．如圖1所示四種情況中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，載流導(dǎo)體長(zhǎng)度相同，通過(guò)的電流也相同，導(dǎo)體受到的磁場(chǎng)力最大，且方向沿著紙面的情況是()圖1A．甲、乙 B．甲、丙C．乙、丁 D．乙、丙解析：選C對(duì)于甲圖，磁場(chǎng)力F＝BILcos30°，方向垂直紙面向里；對(duì)于乙圖，磁場(chǎng)力F＝BIL，方向沿紙面向下；對(duì)于丙圖，磁場(chǎng)力F＝0；對(duì)于丁圖，磁場(chǎng)力F＝BIL，方向垂直導(dǎo)體沿紙面斜向上，所以，答案為C。4.如圖2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)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小和方向(平行于紙面)為()圖2A．BIl豎直向下 B．BIl豎直向上C．2BIl豎直向下 D．2BIl豎直向上解析：選B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F＝BI2lsin30°＝BIl，由左手定則可得方向豎直向上，則選項(xiàng)B正確。5.如圖3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向外，b導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向內(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()圖3A．導(dǎo)線a所受合力方向水平向右B．導(dǎo)線c所受合力方向豎直向上C．導(dǎo)線c所受合力方向水平向左D．導(dǎo)線b所受合力為零解析：選D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D。6．關(guān)于電流表以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．指針?lè)€(wěn)定后，游絲形變產(chǎn)生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果方向是相反的B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大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)，而與所處位置無(wú)關(guān)解析：選C游絲形變產(chǎn)生的阻力力矩與安培力引起的動(dòng)力力矩平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)看二者方向相反。電流表內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(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，故只有C錯(cuò)。7．如圖4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。當(dāng)導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，可將導(dǎo)體棒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中，關(guān)于B的大小的變化，說(shuō)法正確的是()圖4A．逐漸增大 B．逐漸減小C．先減小后增大 D．先增大后減小解析：選C導(dǎo)體棒受三個(gè)力的作用，安培力F的大小變化從圖中即可看出是先減小后增大，由F＝BIL知，B的大小應(yīng)是先減小后增大，只有C項(xiàng)正確。8.如圖5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，在它中央的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則()圖5A．如果臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明磁鐵左端是北極B．如果臺(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)都不可能變化D．以上說(shuō)法都不正確解析：選A如果臺(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，根據(jù)左手定則可判斷，導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)方向水平向右，由磁鐵周圍磁場(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。9．(2015·10月浙江學(xué)考)小張?jiān)谔骄看艌?chǎng)對(duì)電流作用的實(shí)驗(yàn)中，將直導(dǎo)線換作導(dǎo)體板，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)在a、b兩點(diǎn)之間存在電壓Uab。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：圖6電流磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓UabIBUI2B2UI3B3U2IB2U3IB3U由表中結(jié)果可知電壓Uab()A．與電流無(wú)關(guān) B．與磁感應(yīng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)C．與電流可能成正比 D．與磁感應(yīng)強(qiáng)度可能成反比解析：選C由圖、表知，電壓Uab與I、B均有關(guān)，且與I、B可能成正比，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。10.10.如圖7所示，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ＝30°。金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上時(shí)，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài)。要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，可以采取的措施是()圖7A．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度BB．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流減小C．增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θD．將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，使金屬桿中的電流方向改變解析：選A對(duì)金屬桿進(jìn)行受力分析，沿導(dǎo)軌方向，有BId－mgsinθ＝0，要使金屬桿向上運(yùn)動(dòng)，則應(yīng)增大BId，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；若增大θ，則mgsinθ增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若電流反向，則金屬桿受到的安培力反向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。11．(2015·全國(guó)卷Ⅰ)如圖8，一長(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(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω。已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量為0.5cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判斷開(kāi)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。圖8解析：依題意，開(kāi)關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)了Δl1＝0.5cm。由胡克定律和力的平衡條件得2kΔl1＝mg①式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小。開(kāi)關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝IBL②式中，I是回路電流，L是金屬棒的長(zhǎng)度。兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③由歐姆定律有E＝IR④式中，E是電池的電動(dòng)勢(shì)，R是電路總電阻。聯(lián)立①②③④式，并代入題給數(shù)據(jù)得m＝0.01kg。⑤答案：安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01kg12.如圖9所示，在光滑的水平面上放一半徑為R的導(dǎo)體環(huán)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直環(huán)面向里，當(dāng)環(huán)中通有恒定電流I