2024高中物理第三章磁場(chǎng)課時(shí)24通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力訓(xùn)練含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE9通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力eq\o(\s\up7(限時(shí)：45分鐘總分：100分),\s\do5())一、單項(xiàng)選擇題(每小題6分，共42分)1．如圖所示的各圖中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，導(dǎo)線兩端點(diǎn)距離均相等，導(dǎo)線中電流均相等，則有關(guān)各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小的推斷正確的是(C)A．d圖最大 B．b圖最大C．一樣大 D．無(wú)法推斷解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥為垂直于磁場(chǎng)方向的有效長(zhǎng)度，a、b、c、d四個(gè)圖中導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度相等，所以所受的安培力相等．2.將閉合通電導(dǎo)線圓環(huán)平行于紙面緩慢地豎直向下放入水平方向垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，則在通電圓環(huán)從剛進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，所受的安培力的大小(C)A．漸漸增大 B．漸漸變小C．先增大后減小 D．先減小后增大解析：通電圓環(huán)受到的安培力大小F＝ILB，其中I、B分別為所通電流大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，L指有效長(zhǎng)度，它等于圓環(huán)所截邊界線的長(zhǎng)度．由于L先增大后減小，安培力先增大后減小，C正確．3．如圖所示為兩根相互平行的通電導(dǎo)線a、b的橫截面圖，a、b的電流方向已在圖中標(biāo)出．那么導(dǎo)線a中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線環(huán)繞方向及導(dǎo)線b所受的磁場(chǎng)力的方向應(yīng)分別為(B)A．磁感線順時(shí)針方向，磁場(chǎng)力向左B．磁感線順時(shí)針方向，磁場(chǎng)力向右C．磁感線逆時(shí)針方向，磁場(chǎng)力向左D．磁感線逆時(shí)針方向，磁場(chǎng)力向右解析：由安培定則推斷出導(dǎo)線a在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是豎直向下的；再由左手定則推斷出導(dǎo)線b受的安培力是水平向右的，答案B正確．4．如圖所示，勻稱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，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面對(duì)里，開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向是(D)A．水平向左B．水平向右C．豎直向下D．豎直向上解析：閉合開關(guān)S，由安培定則可知在A處的磁場(chǎng)水平向左，再由左手定則可推斷其受安培力方向豎直向上．5.如圖所示，直角形導(dǎo)線abc通以恒定電流I，兩段導(dǎo)線的長(zhǎng)度分別為3L和4L，導(dǎo)線處于垂直于導(dǎo)線平面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為A．3BIL，方向b→cB．4BIL，方向b→aC．7BIL，方向垂直于ac連線斜向上D．5BIL，方向垂直于ac連線斜向上解析：導(dǎo)線受到磁場(chǎng)力的合力相當(dāng)于直線ac受到的安培力，由左手定則可知，安培力的方向垂直于ac連線斜向上．導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為：eq\r(3L2＋4L2)＝5L，故該通電導(dǎo)線受到安培力大小為F＝5BIL，選項(xiàng)D正確．6.如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤，帶有大量勻稱分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖．當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO′順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受安培力的方向是(C)A．豎直向上 B．豎直向下C．水平向里 D．水平向外解析：電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，因?yàn)閳A盤帶負(fù)電，如題圖轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所以形成逆時(shí)針方向的電流，依據(jù)右手螺旋定則可知，在圓盤上方形成的磁場(chǎng)方向豎直向上，依據(jù)左手定則可得安培力的方向水平向里，C正確．7．如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中心上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與條形磁鐵垂直．當(dāng)導(dǎo)線中通以垂直紙面對(duì)里的電流時(shí)，用FN表示磁鐵對(duì)桌面的壓力，F(xiàn)靜表示桌面對(duì)磁鐵的摩擦力，則導(dǎo)線通電后與通電前受力相比較是(C)A．FN減小，F(xiàn)靜＝0 B．FN減小，F(xiàn)靜≠0C．FN增大，F(xiàn)靜＝0 D．FN增大，F(xiàn)靜≠0解析：如圖所示，畫出一條通電電流為I的導(dǎo)線所在處的磁鐵的磁感線，電流I處的磁場(chǎng)方向水平向左，由左手定則知，電流I受安培力方向豎直向上．依據(jù)牛頓第三定律可知，電流對(duì)磁鐵的反作用力方向豎直向下，所以磁鐵對(duì)桌面壓力增大，而桌面對(duì)磁鐵無(wú)摩擦力作用，故正確選項(xiàng)為C.二、多項(xiàng)選擇題(每小題8分，共24分)8．試驗(yàn)室常常運(yùn)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(chǎng)是勻稱輻向分布的．若線圈中通以如圖乙所示的電流，則下列說法中正確的是(ABD)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(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)C．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時(shí)，b端受到的安培力方向向上D．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時(shí)，安培力的作用使線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)解析：指針在量程內(nèi)線圈肯定處于磁場(chǎng)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(dāng)指針處于“0”刻線時(shí)，螺旋彈簧處于自然狀態(tài)，所以無(wú)論線圈向哪一方向轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤，D正確．9．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邊與MN平行．關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用，下列敘述正確的是(BC)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?qū)⒗@MN轉(zhuǎn)動(dòng)解析：通電矩形線框abcd在無(wú)限長(zhǎng)直通電導(dǎo)線形成的磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的作用，對(duì)于ad邊和bc邊，所在的磁場(chǎng)相同，但電流方向相反，所以ad邊、bc邊受磁場(chǎng)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(duì)于ab和cd兩條邊，由于在磁場(chǎng)中，離長(zhǎng)直導(dǎo)線的位置不同，ab邊近而且由左手定則推斷受力向左，cd邊遠(yuǎn)而且由左手定則推斷受力向右，所以ab邊、cd邊受合力方向向左，故B、C選項(xiàng)正確．10．如圖所示，一根通電的直導(dǎo)線放在傾斜的粗糙導(dǎo)軌上，置于圖示方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)增大電流，導(dǎo)體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導(dǎo)體棒受到的摩擦力的大小改變狀況可能是(AB)A．始終增大 B．先減小后增大C．先增大后減小 D．始終為零解析：若F安＜mgsinθ，因安培力向上，則摩擦力向上，當(dāng)F安增大時(shí)，F(xiàn)摩減小到零，再向下增大，B對(duì)，C、D錯(cuò)；若F安＞mgsinθ，摩擦力向下，隨F安增大而始終增大，A對(duì)．三、非選擇題(共34分)11.(16分)如圖所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長(zhǎng)為0.4m、質(zhì)量為6×10－2kg的通電直導(dǎo)線，電流I＝1A，方向垂直紙面對(duì)外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4T，方向豎直向上的磁場(chǎng)中，設(shè)t＝0時(shí)，B＝0，則須要多長(zhǎng)時(shí)間斜面對(duì)導(dǎo)線的支持力為零？(g取10m/s2答案：5s解析：導(dǎo)線恰要離開斜面時(shí)受力狀況如圖所示．由平衡條件，得F＝mg/tan37°①而F＝BIl②B＝0.4t③代入數(shù)據(jù)并聯(lián)解①②③即得t＝5s.12．(18分)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝2V，r＝0.5Ω，豎直導(dǎo)軌寬L＝0.2m，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．另有一金屬棒ab，質(zhì)量m＝0.1kg，電阻R＝0.5Ω，它與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，金屬棒靠在導(dǎo)軌的外面．為使金屬棒靜止不下滑，施加一個(gè)與紙面夾角為30°且方向向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，g取10m/s2.求：(1)磁場(chǎng)的方向；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍．答案：(1)斜向下(2)3.0T≤B≤16.3T解析：(1)通電導(dǎo)線ab的截面受力分析如圖所示(從a端看)，由圖可知磁場(chǎng)方向斜向下．(2)當(dāng)ab棒有下滑的趨勢(shì)時(shí)，受向上的靜摩擦力為F1，則有Fsin30°＋F1－mg＝0又F＝B1ILF