2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場(chǎng)2磁吃通電導(dǎo)線的作用-安培力練習(xí)含解析教科版選修3-1

PAGE8-磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.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導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D.將直導(dǎo)線從中折成直角,安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉?lái)的一半【解析】選B。依據(jù)左手定則可知,安培力方向與磁場(chǎng)和電流組成的平面垂直,即與電流和磁場(chǎng)方向都垂直,故A錯(cuò)誤,B正確;磁場(chǎng)與電流不垂直時(shí),安培力的大小為F=BILsinθ,則安培力的大小與通電導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān),故C錯(cuò)誤;當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)的方向平行,所受安培力為0,將直導(dǎo)線從中折成直角,讓其中的一半與磁場(chǎng)的方向平行,安培力的大小將變?yōu)樵瓉?lái)的一半;將直導(dǎo)線在垂直于磁場(chǎng)的方向的平面內(nèi)從中折成直角,安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉?lái)的,故D錯(cuò)誤。故選B。2.(多選)如圖所示,通電直導(dǎo)線處在蹄形磁鐵兩極間,受到力F的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn),以下說(shuō)法正確的是 ()A.這個(gè)力F是通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的B.這個(gè)力F沒(méi)有反作用力C.這個(gè)力F的反作用力作用在通電導(dǎo)線上D.這個(gè)力F的反作用力作用于蹄形磁鐵上【解析】選A、D。磁場(chǎng)力是磁場(chǎng)本身性質(zhì)的體現(xiàn),磁場(chǎng)是一種物質(zhì),磁體間或磁體與電流間的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)完成的,但是磁場(chǎng)看不見(jiàn)摸不著并不意味著只有受力物體沒(méi)有施力物體,沒(méi)有反作用力。這時(shí)我們需找出產(chǎn)生磁場(chǎng)的物體,它才是施力物體,力F的反作用力作用在施力物體上,故選A、D。【加固訓(xùn)練】如圖所示,由直徑AOB和半圓ACB構(gòu)成的半徑為R的半圓形金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面對(duì)外)垂直。若通以如圖所示的電流,已知從A端流入的總電流強(qiáng)度為I,則金屬框所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力為 ()A.方向沿紙面對(duì)上,大小為0B.方向沿紙面對(duì)上,大小為2BIRC.方向沿紙面對(duì)下,大小為BIRD.方向沿紙面對(duì)下,大小為2BIR【解析】選B。圓弧ACB的有效長(zhǎng)度為2R,設(shè)通過(guò)ACB的電流為I1,則該部分導(dǎo)線受到的安培力為:F1=B×I1×2R=2BI1R,由左手定則可知方向沿紙面對(duì)上。通過(guò)直徑AOB的電流為I2=I-I1,則該部分導(dǎo)線受到的安培力為F2=B×I2×2R=2BI2R,由左手定則可知方向沿紙面對(duì)上。合力為F=F1+F2=2BI1R+2BI2R=2BIR,所以選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。3.通電矩形導(dǎo)線框abcd與無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi),電流方向如圖所示,ab與MN平行。關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用,下列敘述中正確的是 ()A.ab和cd兩條邊所受的安培力的方向相同B.線框有兩條邊所受的安培力大小相等C.線框受安培力的合力向右D.cd邊所受安培力的方向向左【解析】選B。直導(dǎo)線中的電流方向由M到N,依據(jù)安培定則,導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向內(nèi),依據(jù)左手定則,ab邊受向左的安培力,cd邊受到向右的安培力,ad邊受到向下的安培力,bc受到向上的安培力,方向不同,故A錯(cuò)誤;離MN越遠(yuǎn)的位置,磁感應(yīng)強(qiáng)度越小,故依據(jù)安培力公式F=BIL,ab邊受到的安培力大于cd邊,ad邊受到的安培力等于bc邊受到的安培力,故B正確;ab邊受向左的安培力,cd邊受到向右的安培力,ad邊受到向下的安培力,bc受到向上的安培力;ab邊受到的安培力大于cd邊,ad邊受到的安培力等于bc邊受到的安培力,故合力向左,故C、D錯(cuò)誤。4.如圖所示,通電直導(dǎo)線ab位于兩平行導(dǎo)線橫截面MN的連線的中垂線上,當(dāng)平行導(dǎo)線通以同向等值電流時(shí),以下說(shuō)法中正確的是: ()A.ab順時(shí)針旋轉(zhuǎn)B.ab逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)C.a端向紙外,b端向紙里旋轉(zhuǎn)D.a端向紙里,b端向紙外旋轉(zhuǎn)【解析】選C。導(dǎo)線M和N的磁感線都是同心圓。因此對(duì)ab上半段,M導(dǎo)線的磁感線指向右下,可以用左手定則推斷,a端受到向紙外的力。N導(dǎo)線的磁感線指向右上,也使a端受向紙外的力;同理也可以分析出b端受向紙里的力。從而使得a端轉(zhuǎn)向紙外,b端轉(zhuǎn)向紙里;故選C。5.在赤道上某處有一豎直直立的避雷針,當(dāng)帶有正電荷的烏云經(jīng)過(guò)避雷針的上方并通過(guò)避雷針形成電流時(shí),地磁場(chǎng)對(duì)避雷針的安培力的方向?yàn)?()A.向南B.向北C.向西D.向東【解析】選D。當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)過(guò)避雷針上方時(shí),避雷針起先放電形成瞬間電流,正電荷從上而下通過(guò)避雷針,所以電流的方向?yàn)閺纳隙?磁場(chǎng)的方向從南向北,依據(jù)左手定則,安培力的方向向東。故選D。6.如圖所示,條形磁鐵平放于水平桌面上,在它的正中心上方固定一根直導(dǎo)線,導(dǎo)線與紙面垂直,現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面對(duì)里的電流,則下列說(shuō)法正確的是()A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大C.磁鐵對(duì)桌面的壓力不變D.以上說(shuō)法都不行能【解析】選A。在磁鐵外部,磁感線從N極指向S極,長(zhǎng)直導(dǎo)線在磁鐵的中心上方,導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)水平向右;導(dǎo)線電流垂直于紙面對(duì)里,由左手定則可知,導(dǎo)線受到的安培力豎直向下;由牛頓第三定律可知,導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力豎直向上,因此磁鐵對(duì)桌面的壓力減小,小于磁鐵的重力。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,勻稱(chēng)繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方旁邊用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A并處于平衡狀態(tài),A與螺線管垂直,A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面對(duì)里,開(kāi)關(guān)S閉合后,絕緣繩對(duì)A拉力改變狀況是 ()A.增大B.減小C.不變D.無(wú)法推斷【解析】選B。首先依據(jù)安培定則推斷通電螺線管處的磁場(chǎng)的方向向右,所以在A處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向左。依據(jù)左手定則推斷可知:A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向豎直向上,絕緣繩對(duì)A拉力減小。故B正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)水平面上有兩根相距為L(zhǎng)=1m的平行金屬軌道,空間存在與導(dǎo)軌平行且向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T,質(zhì)量m=1kg的金屬桿(桿長(zhǎng)為L(zhǎng))垂直放在軌道上,桿中通有如圖所示方向I1=5A的恒定電流,金屬桿始終處于靜止?fàn)顟B(tài),取g=10m/s2。求:(1)金屬桿所受安培力的方向;(2)金屬桿所受安培力F的大小;(3)當(dāng)通入反向電流I2時(shí),金屬桿對(duì)軌道的壓力剛好為零,此時(shí)I2的大小。【解析】(1)依據(jù)左手定則可推斷磁場(chǎng)方向豎直向下;(2)由安培力公式F=BI1得F=0.8×5×1N=4N(3)由平衡方程BI2L得I2==A=12.5A答案:(1)方向豎直向下(2)4N(3)12.5A8.(12分)如圖所示,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌與水平面間的夾角θ=45°,相距為20cm;金屬棒MN的質(zhì)量為1×10-2kg,電阻R=8Ω;勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下,B=0.8T,電源電動(dòng)勢(shì)E=10V,內(nèi)阻r=1Ω。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),MN處于平衡狀態(tài),求變阻器R1的取值為多少?(忽視金屬導(dǎo)軌的電阻,g取10m/s2【解析】沿M→N的方向看去,金屬棒MN受重力、支持力、安培力,這三個(gè)力在同一豎直平面內(nèi),如圖所示。由受力圖及平衡條件有mgsinθ-BILcosθ=0由閉合電路的歐姆定律有E=I(R+R1+r)解得R1=7Ω。答案:7Ω(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)(2024·江蘇高考)如圖所示,在光滑的水平桌面上,a和b是兩條固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線,通過(guò)的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間,通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是 ()A.均向左 B.均向右C.a的向左,b的向右 D.a的向右,b的向左【解析】選C、D。a、b的電流均向左或均向右時(shí),依據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)及其分布和疊加可知,在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場(chǎng)方向相反,則由左手定則可以推斷平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相同,線框所受的合力不為0,故不行能靜止,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;a、b的電流方向相反時(shí),在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場(chǎng)方向相同,平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反,用對(duì)稱(chēng)性也可以推斷線框的另外兩邊所受的磁場(chǎng)力也大小相等方向相反,故線框處于平衡狀態(tài),選項(xiàng)C、D正確。10.(7分)(多選)如圖是磁電式電流表的結(jié)構(gòu),蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是勻稱(chēng)地輻向分布,線圈中a、b兩條導(dǎo)線長(zhǎng)均為L(zhǎng),通以圖示方向的電流I,兩條導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)大小均為B。則 ()A.該磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B.線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)C.線圈將順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)D.a、b導(dǎo)線受到的安培力大小總為BIL【解析】選C、D。該磁場(chǎng)明顯不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)是一系列平行的磁感線,方向相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由左手定則可知,a受到的安培力向上,b受到的安培力向下,故線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn),選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;a、b導(dǎo)線始終與磁感線垂直,故受到的安培力大小總為BIL,選項(xiàng)D正確。故選C、D。11.(7分)(多選)(2024·全國(guó)卷Ⅰ)如圖,三根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流I,L1中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反。下列說(shuō)法正確的是 ()A.L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1∶1∶D.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為∶∶1【解析】選B、C。設(shè)每根直導(dǎo)線電流在另兩根直導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,由安培定則知,L2、L3中的電流在L1處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖所示,它們的夾角為120°,合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=B0,方向垂直于L2、L3所在的平面;由對(duì)稱(chēng)性知,L2處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2=B0,方向垂直于L1、L3所在的平面;L1、L2中的電流在L3處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B3=B0,方向平行于L1、L2所在的平面。由左手定則可知,L1所受磁場(chǎng)作用力的方向與L2、L3所在平面平行,L3所受磁場(chǎng)作用力的方向與L1、L2所在平面垂直;每根直導(dǎo)線單位長(zhǎng)度所受磁場(chǎng)力F=BIL∝B,故L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為F1∶F2∶F3=B1∶B2∶B3=1∶1∶,故B、C選項(xiàng)正確。12.(19分)如圖所示,一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN兩端分別放在