高中物理 3.4 通電導線在磁場中受到的力練習 新人教版選修3-1

【成才之路】版高中物理3.4通電導線在磁場中受到的力練習新人教版選修3-1基礎夯實一、選擇題(1～4題為單選題，5題為多選題)1．(濟南一中～學年高二上學期期末)根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置——電磁炮，其原理如圖所示：把待發(fā)炮彈(導體)放置在強磁場中的兩平行導軌上，給導軌通以大電流，使炮彈作為一個通電導體在磁場作用下沿導軌加速運動，并以某一速度發(fā)射出去?，F(xiàn)要提高電磁炮的發(fā)射速度，你認為下列方案在理論上可行的是()A．減小電流I的值B．增大磁感應強度B的值C．減小磁感應強度B的值D．改變磁感應強度B的方向，使之與炮彈前進方向平行答案：B解析：根據(jù)F＝BIL可知，選項B正確，A、C錯誤；根據(jù)左手定則可知，選項D錯誤。2．(河北衡水中學～學年高二上學期期中)如圖所示為一種自動跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)動軸，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的勻強磁場中，CO間距離為10cm，當磁場力為0.2N時，閘刀開關(guān)會自動跳開。則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向為()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答案：B解析：由左手定則，電流的方向O→C，由B＝eq\f(F,IL)得I＝eq\f(F,BL)＝2A。3．(遼寧省實驗中學北?！珜W年高二上學期檢測)在勻強磁場中放入通有相同電流的三條不同形狀的導線，如圖所示，每條導線的兩個端點間的距離相等，問所受磁場力最大的導線是()A．甲線最大 B．乙線最大C．丙線最大 D．三條線一樣大答案：D解析：由題意可知，三個圖中導線的有效長度相同，而且均垂直于磁場，故根據(jù)公式F＝BIL可知，三條線所受安培力一樣大，故A、B、C錯誤，D正確。4.(濰坊一中～學年高二上學期檢測)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()答案：D解析：勻強磁場豎直向上與導線平行，導線受到的安培力為零，A錯；勻強磁場水平向右，根據(jù)左手定則可知導線受到安培力向里，B錯；勻強磁場垂直紙面向外，由左手定則可知導線受到安培力水平向右，C錯、D對。5.圖中裝置可演示磁場對通電導線的作用。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軌，L是置于導軌上并與導線垂直的金屬桿。當電磁鐵線圈兩端a、b，導軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導軌上滑動。下列說法正確的是()A．若a接正極，b接負極，e接正極，f接負極，則L向右滑動B．若a接正極，b接負極，e接負極，f接正極，則L向右滑動C．若a接負極，b接正極，e接正極，f接負極，則L向左滑動D．若a接負極，b接正極，e接負極，f接正極，則L向左滑動答案：BD解析：若a接正極，b接負極，電磁鐵磁極間磁場方向向上，e接正極，f接負極，由左手定則判定金屬桿受安培力向左，則L向左滑動，A項錯誤，同理判定B、D選項正確，C項錯誤。二、非選擇題6．某同學用如圖所示的實驗裝置研究電流在磁場中的受力方向與電流方向、磁場方向之間的關(guān)系。(1)該同學將觀察到的實驗現(xiàn)象記錄在下表中，表中有部分記錄缺失，請補充完整。實驗次序P中電流方向磁場方向P的運動方向1⊙↓→2↑←3?→(2)某次實驗中閉合開關(guān)后，金屬棒P不動，寫出一種可能的原因。答案：(1)如表所示實驗次序P中電流方向磁場方向P的運動方向1⊙↓→2⊙↑←3?↑→(2)金屬棒受到的摩擦力太大，金屬棒與導軌接觸不良，磁場太弱，電流太小等。解析：(1)在B、L相互垂直的情況下，已知電流、磁場和安培力三個方向中的兩個，根據(jù)左手定則即可確定第三個方向。根據(jù)已知條件和左手定則可以判斷分別為：電流方向垂直紙面向外、磁場方向豎直向上。(2)金屬棒P不動，說明金屬棒所受安培力小于靜摩擦力的最大值，故可以解釋為：金屬棒受到的摩擦力太大，金屬棒與導軌接觸不良，磁場太弱，電流太小等。(合理即可)7.如圖所示，水平導軌間的距離L＝0.5m，B＝2T，ab棒的質(zhì)量m＝1kg，物塊重G＝3N，ab棒與導軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，電源的電動勢E＝10V，r＝0.1Ω，導軌的電阻不計，ab棒電阻也不計，問R的取值范圍為多少時棒處于靜止狀態(tài)？(g取10m/s2)答案：1.9Ω≤R≤9.9Ω解析：根據(jù)物塊平衡條件可得：恰不右滑時：G－μmg－I1LB＝0 恰不左滑時：G＋μmg－I2LB＝0 根據(jù)全電路歐姆定律可得E＝I1(R1＋r) ③E＝I2(R2＋r) ④聯(lián)立①③得R1＝eq\f(BEL,G－μmg)－r＝9.9Ω聯(lián)立②④得R2＝eq\f(BEL,G＋μmg)－r＝1.9Ω所以R的取值范圍為1.9Ω≤R≤9.9Ω。能力提升一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．在下圖所示電路中，電池均相同，當電鍵S分別置于a、b兩處時，導線MM′與NN′之間的安培力的大小為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答案：D解析：無論開關(guān)置于a還是置于b，兩導線中通過的都是反向電流，相互間作用力為斥力，A、C錯誤。開關(guān)置于位置b時電路中電流較大，導線間相互作用力也較大，故D正確。2.如圖所示，放在臺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線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向外的電流，則()A．如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極B．如果臺秤示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極C．無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化D．以上說法都不正確答案：A解析：如果臺秤的示數(shù)增大，說明導線對磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對導線的作用力豎直向上，根據(jù)左手定則可判斷，導線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵周圍磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為北極，A正確，B、C、D錯誤。3.兩條通電的直導線互相垂直，如圖所示，但兩導線相隔一小段距離，其中導線AB是固定的，另一條導線CD能自由轉(zhuǎn)動。它們通以圖示方向的直流電流時，CD導線將()A．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導線ABB．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導線ABC．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導線ABD．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導線AB答案：A解析：由安培定則可知直線電流產(chǎn)生的磁場是以直線電流為圓心的同心圓，AB中電流所產(chǎn)生的磁場在CD導線所在平面內(nèi)的磁感線如圖甲所示(俯視圖甲)。由左手定則可知，CD通電導線在M點受到的磁場力垂直于紙面向里，在N點受到的磁場力垂直于紙面向外。由于磁場的對稱性，M、N兩點的磁場力大小相等、方向相反，使得CD通電導線轉(zhuǎn)動起來，即CD電流將會轉(zhuǎn)到與AB同向的位置。在圖乙中，CD中的電流所受到的磁場力由左手定則可知，CD將向AB靠近。4．實驗室經(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是均勻輻向分布的。若線圈中通以如圖乙所示的電流，則下列說法中正確的是()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)動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉(zhuǎn)動C．當線圈在如圖乙所示的位置時，b端受到的安培力方向向上D．當線圈在如圖乙所示的位置時，安培力的作用使線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動答案：ABD解析：指針在量程內(nèi)線圈一定處于磁場之中，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)零使得當指針處于“0”刻線時，螺旋彈簧處于自然狀態(tài)，所以無論線圈向哪一方向轉(zhuǎn)動都會使螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力，故B正確。由左手定則知，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針方向轉(zhuǎn)動，故C錯誤，D正確。5．(吉林白城市～學年高二上學期期末)如圖所示，有兩根長為L、質(zhì)量為m的細導體棒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，當兩細棒中均通以電流強度為I的同向電流時，a恰能在斜面上保持靜止，則下列關(guān)于b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應強度的說法正確的是()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處的磁感應強度，可使b上移D．若使b下移，a將不能保持靜止答案：ACD解析：由安培定則可知，通電導體棒b周圍的磁感應線方向為順時針方向，所以在a點的磁場方向豎直向上，如圖a所示，所以選項A正確；以導線a為研究對象進行受力分析如圖(a)所示，故有mg＝BIL，解得a點處的磁感應強度大小為B＝eq\f(mg,IL)，所以選項B錯誤；欲減小b在a處的磁感應強度，可增大兩導線間的距離，將b上移或下移都可以，當b上移時，a受到的安培力方向逆時針轉(zhuǎn)動，此時能保持a受力平衡，所以選項C正確；若b下移，導體棒受力不平衡，故選項D正確。二、非選擇題6．(山東日照市第一中學～學年高二上學期期末)如圖所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長為0.4m，質(zhì)量為6×10－2kg的通電直導線，電流I＝1A，方向垂直紙面向外，導線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應強度每秒增加0.4T，方向豎直向上的磁