2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課時作業(yè)含解析新人教版選修3-1

PAGE6-通電導(dǎo)線在磁場中受到的力一、單項選擇題1．一根簡單形變的彈性導(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)沒有磁場時，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對外的勻強(qiáng)磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()解析：依據(jù)左手定則可推斷出A圖中導(dǎo)線所受安培力為零，B圖中導(dǎo)線所受安培力垂直紙面對里，C、D圖中導(dǎo)線所受安培力向右，由導(dǎo)線受力以后的彎曲方向與受力方向的關(guān)系可知，D圖正確．答案：D2．如圖中的D為置于電磁鐵兩極間的一段通電導(dǎo)線，電流方向垂直紙面對里．在開關(guān)S接通后，導(dǎo)線D所受磁場力的方向是()A．向上B．向下C．向左D．向右解析：由右手螺旋定則，軟鐵芯在導(dǎo)線處到磁場方向向左，由左手定則，導(dǎo)線D受到的磁場力方向向上，選項A正確．答案：A3．如圖所示的各圖中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，導(dǎo)線兩端點距離均相等，導(dǎo)線中電流均相等，則各圖中有關(guān)導(dǎo)線所受的安培力的大小的推斷正確的是()A．d圖最大B．b圖最大C．一樣大D．無法推斷解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥為垂直于磁場方向的有效長度，a、b、c、d四個圖中導(dǎo)線的有效長度相等，所以所受的安培力相等．答案：C4.用兩根細(xì)線把兩個完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來，讓二者等高平行放置，如圖所示，當(dāng)兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時，則有()A．兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引B．兩導(dǎo)線環(huán)相互排斥C．兩導(dǎo)線環(huán)無相互作用力D．兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排斥解析：通電的導(dǎo)線環(huán)四周能夠產(chǎn)生磁場，磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用．由于導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同，二者同位置處的電流方向完全相同，相當(dāng)于通入同向電流的直導(dǎo)線，據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律，判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引，故A正確．答案：A5．(2024·石家莊高二檢測)關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力，下列說法正確的是()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的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點折成直角，安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉淼囊话虢馕觯喊才嗔Υ怪庇趯?dǎo)線和磁場確定的平面，A錯、B對．由F＝BILsinθ可知，C錯，當(dāng)直導(dǎo)線與磁場方向平行放置時，安培力大小為零，將直導(dǎo)線從中點折成直角，安培力仍為零，不發(fā)生變更；當(dāng)直導(dǎo)線與磁場方向成肯定夾角放置時，將直導(dǎo)線從中點折成直角，可以讓有效長度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(\r(2),2)倍，由F＝BILsinθ可知，安培力變?yōu)樵瓉淼膃q\f(\r(2),2)倍，D選項錯．答案：B6．(2024·宜賓高二檢測)如圖所示，固定在水平地面上的傾角為θ的粗糙斜面上，有一根水平放在斜面上的導(dǎo)體棒，通有垂直紙面對外的電流，導(dǎo)體棒保持靜止．現(xiàn)在空間中加上豎直向下的勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)體棒仍靜止不動，則()A．導(dǎo)體棒受到的合力肯定增大B．導(dǎo)體棒肯定受4個力的作用C．導(dǎo)體棒對斜面的壓力肯定增大D．導(dǎo)體棒所受的摩擦力肯定增大解析：分析導(dǎo)體棒的受力狀況：導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中受到重力mg、安培力F和斜面的支持力FN，摩擦力未知，且靜止．若mgsinθ＝BILcosθ，則導(dǎo)體棒不受摩擦力；若mgsinθ>BILcosθ，則導(dǎo)體棒受4個力，摩擦力向上，且可能增大；若mgsinθ<BILcosθ，則摩擦力向下，但無論什么狀況，導(dǎo)體棒對斜面的壓力肯定增大，為FN＝mgcosθ＋BILsinθ，故A、B、D錯誤，C正確．答案：C二、多項選擇題7.在xOy平面中有一通電直導(dǎo)線與Ox、Oy軸相交，導(dǎo)線中電流方向如圖所示．該區(qū)域有勻強(qiáng)磁場，通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向與Oz軸的正方向相同．該磁場的方向可能是()A．沿z軸正方向B．沿y軸負(fù)方向C．沿x軸負(fù)方向D．沿z軸負(fù)方向解析：由左手定則可推斷磁場方向與xOy平面平行，可能沿y軸負(fù)方向，可能沿x軸負(fù)方向，選項B、C正確．答案：BC8．一根長為0.2m、電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中，受到磁場力的大小可能是()A．0.4NB．0.2NC．0.1ND．0N解析：據(jù)安培力的定義，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時，磁場力有最大值為F＝BIL＝0.5×2×0.2N＝0.2N．當(dāng)兩方向平行時，磁場力有最小值為0N．隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0.2N與0N之間取值．答案：BCD9.如圖所示，紙面內(nèi)的金屬圓環(huán)中通有電流I，圓環(huán)圓心為O、半徑為R，P、Q為圓環(huán)上兩點，且OP垂直于OQ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場垂直于紙面對里，則()A．整個圓環(huán)受到的安培力大小為2πBIRB．整個圓環(huán)受到的安培力大小為0C．圓弧PQ受到的安培力大小為BIRD．圓弧PQ受到的安培力大小為eq\r(2)BIR解析：依據(jù)左手定則可知，整個圓環(huán)關(guān)于圓心對稱的兩部分受到的安培力等大反向，受到的合力為0，選項A錯，B對；圓弧PQ受到的安培力大小等于直線段PQ受到的安培力大小，為eq\r(2)BIR，選項C錯，D對．答案：BD10．(2024·海南高考)如圖甲所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當(dāng)音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音．俯視圖乙表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面即紙面)，磁場方向如圖中箭頭所示，在圖乙中()A．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里B．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外C．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里D．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外解析：將圓形線圈看作由多數(shù)小段直導(dǎo)線組成，由左手定則可以推斷，當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外，選項B正確、A錯誤；當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里，選項C正確、D錯誤．答案：BC三、非選擇題11.如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成θ角，導(dǎo)軌寬L.勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.金屬桿長也為L，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路總電流為I時，金屬桿恰好能靜止．求豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。馕觯捍艌龇较蜇Q直向上，桿受力如圖所示金屬桿的安培力F＝ILB由平衡條件可得Fcosθ＝mgsinθ解得B＝eq\f(mgtanθ,IL)答案：eq\f(mgtanθ,IL)12.(2015·高考全國卷Ⅰ)如圖，一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場中；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1T，方向垂直于紙面對里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣．金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω.已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均變更了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.推斷開關(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．解析：依題意，開關(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．開關(guān)斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長了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?。_關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝IB