2024-2025學(xué)年高中物理課時分層作業(yè)16安培力的應(yīng)用含解析粵教版選修3-1

PAGE7-安培力的應(yīng)用(時間：40分鐘分值：100分)選擇題(本題共8小題，每小題6分)1．某物理愛好小組利用課外活動時間制作了一部溫控式電扇(室溫較高時，電扇就會啟動)，其設(shè)計圖分為溫控開關(guān)、轉(zhuǎn)速開關(guān)及電動機(jī)三部分，如圖所示，其中溫控開關(guān)為甲、乙兩種金屬材料制成的雙金屬片．對電動機(jī)而言，電扇啟動后，下列推斷正確的是()A．要使電扇轉(zhuǎn)速加大，滑動片P應(yīng)向B移動B．面對電扇，電扇沿順時針方向轉(zhuǎn)動C．面對電扇，電扇沿逆時針方向轉(zhuǎn)動D．電扇有時順時針方向轉(zhuǎn)動，有時逆時針方向轉(zhuǎn)動B[滑動片P向B移動時，線圈中電流減小，電扇轉(zhuǎn)速減?。挥勺笫侄▌t可推斷線圈各邊所受安培力的方向，可知電扇順時針轉(zhuǎn)動，故B正確．]2．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(diǎn)折成直角，安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉淼囊话隑[本題考查安培力的大小和方向．安培力總是垂直于磁場與電流所確定的平面，因此，安培力總與磁場和電流垂直，A錯誤，B正確；安培力F＝BILsinθ，其中θ是導(dǎo)線與磁場方向的夾角，所以C錯誤；將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，導(dǎo)線受到安培力的大小不僅與有效長度有關(guān)，還與導(dǎo)線在磁場中的相對位置有關(guān)，D錯誤．]3．(多選)超導(dǎo)電磁鐵相斥式磁懸浮列車能夠懸浮的原理是()A．超導(dǎo)體的電阻為零B．超導(dǎo)體的磁性很強(qiáng)C．超導(dǎo)體電流的磁場方向與軌道上磁場方向相反D．超導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁力與列車重力平衡CD[列車能夠懸浮，必定受到了向上的力，這個力就是車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈中電流形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，這個力與列車重力平衡，列車才能懸?。虼藘纱艌龇较虮匦柘喾?，故C、D正確．超導(dǎo)體無電流時，即使電阻為零，也不能產(chǎn)生磁場，因此列車也不能懸浮，則A、B錯誤．]4．在如圖所示的電路中，電池均相同，當(dāng)開關(guān)S分別置于a、b兩處時，導(dǎo)線MM′與NN′之間的安培力的大小為Fa、Fb，推斷這兩段導(dǎo)線()A．相互吸引，F(xiàn)a＞FbB．相互排斥，F(xiàn)a＞FbC．相互吸引，F(xiàn)a＜FbD．相互排斥，F(xiàn)a＜FbD[開關(guān)S分別置于a、b兩處時，電源分別為一節(jié)干電池和兩節(jié)干電池，而電路中燈泡電阻不變，則電路中電流Ia＜Ib，MM′在NN′處的磁場在接a時較弱，應(yīng)用安培力公式F＝BIL可知Fa＜Fb，又MM′與NN′電流方向相反，則二者相互排斥，故D正確．]5.如圖所示，在蹄形磁鐵的上方放置一個可以自由運(yùn)動的通電線圈abcd，最初線圈平面與蹄形磁鐵處于同一豎直面內(nèi)，則通電線圈運(yùn)動的狀況是()A．a(chǎn)b邊轉(zhuǎn)向紙外，cd邊轉(zhuǎn)向紙里，同時向下運(yùn)動B．a(chǎn)b邊轉(zhuǎn)向紙里，cd邊轉(zhuǎn)向紙外，同時向下運(yùn)動C．a(chǎn)b邊轉(zhuǎn)向紙外，cd邊轉(zhuǎn)向紙里，同時向上運(yùn)動D．a(chǎn)b邊轉(zhuǎn)向紙里，cd邊轉(zhuǎn)向紙外，同時向上運(yùn)動B[在圖示位置時，依據(jù)左手定則推斷可知：ad邊左半邊所受磁場力方向向里，右半邊所受磁場力方向向外，則ab邊轉(zhuǎn)向紙里，cd邊轉(zhuǎn)向紙外，從圖示位置轉(zhuǎn)過90°時，依據(jù)左手定則推斷可知：ad邊所受磁場力方向向下，所以線圈ab邊轉(zhuǎn)向紙里，cd邊轉(zhuǎn)向紙外，同時向下運(yùn)動，故B正確，A、C、D錯誤．]6．如圖所示，兩個完全相同且相互絕緣、正交的金屬環(huán)，可沿軸線OO′自由轉(zhuǎn)動，現(xiàn)通以圖示方向電流，沿OO′看去會發(fā)覺()A．A環(huán)、B環(huán)均不轉(zhuǎn)動B．A環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也逆時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動C．A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也順時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動D．A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，兩者吸引靠攏至重合為止D[由安培定則可得，A環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向下，B環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向左，兩個磁場相互作用后有磁場的方向趨向一樣的趨勢，所以A環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動．二者相互靠攏．直至重合．故D正確，A、B、C錯誤．]7．(多選)如圖甲所示，揚(yáng)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()甲乙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BC[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(xiàng)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(xiàng)C正確，D錯誤．]8．一條形磁鐵靜止在斜面上，固定在磁鐵中心的豎直上方的水平導(dǎo)線中通有垂直紙面對里的恒定電流，如圖所示．若將磁鐵的N極位置與S極位置對調(diào)后，仍放在斜面上原來的位置，則磁鐵對斜面的壓力F和摩擦力f的變更狀況分別是()A．F增大，f減小 B．F減小，f增大C．F與f都增大 D．F與f都減小C[題圖中電流與磁體間的磁場力為引力，若將磁極位置對調(diào)則相互作用力為斥力，再由受力分析可知，選項(xiàng)C正確．]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．如圖所示，取一松軟的鋁箔條，把它折成天橋狀并用膠紙粘牢兩端，使蹄形磁鐵橫跨過“天橋”．當(dāng)電池與鋁箔接通時()A．鋁箔條中部向磁鐵S極運(yùn)動B．鋁箔條中部向磁鐵N極運(yùn)動C．鋁箔條中部向下方運(yùn)動D．鋁箔條中部向上方運(yùn)動D[由題意，可知，通過“天橋”的電流方向由外向內(nèi)，而磁場方向由N到S極，依據(jù)左手定則，則可知，箔條中部受到的安培力向上，故A、B、C錯誤，D正確．]2．(多選)如圖所示，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為(重力加速度為g)()A．z軸正方向，eq\f(mg,IL)tanθB．y軸正方向，eq\f(mg,IL)C．z軸負(fù)方向，eq\f(mg,IL)tanθD．沿懸線向下，eq\f(mg,IL)sinθBCD[磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)閦軸正方向時，依據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向沿y軸負(fù)方向，直導(dǎo)線不能平衡，故A錯誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)閥軸正方向時，依據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向沿z軸正方向，依據(jù)平衡條件，當(dāng)BIL剛好等于mg時，細(xì)線的拉力為零，B＝eq\f(mg,IL)，故B正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)閦軸負(fù)方向時，依據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向沿y軸正方向，依據(jù)平衡條件BIL＝mgtanθ，所以B＝eq\f(mg,IL)tanθ，故C正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿懸線向下時，依據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向垂直于細(xì)線斜向上，依據(jù)平衡條件：F＝mgsinθ，得：B＝eq\f(mgsinθ,IL)，故D正確．]3．如圖所示，A、B、C三根平行通電直導(dǎo)線質(zhì)量均為m，通入的電流大小均相等，其中C中的電流方向與A、B中的電流方向反向，A、B放置在粗糙的水平面上，C靜止在空中，三根導(dǎo)線的截面處于一個等邊三角形的三個頂點(diǎn)，且三根導(dǎo)線均保持靜止，重力加速度為g，則A導(dǎo)線受到B導(dǎo)線的作用力大小和方向?yàn)?)A．eq\f(\r(3),3)mg，方向由A指向B B．eq\f(\r(3),3)mg，方向由B指向AC．eq\r(3)mg，方向由A指向B D．eq\r(3)mg，方向由B指向AA[導(dǎo)線C受重力，A、B對C的作用力，如圖所示：由題意可知FAC＝FBC由幾何關(guān)系得2FACcos30°＝mg解得FAC＝eq\f(\r(3),3)mg由于三根通電導(dǎo)線電流相等，距離相等，所以各導(dǎo)線間安培力大小相等，所以FAB＝FAC＝eq\f(\r(3),3)mg同向電流相吸異向電流相斥可推斷A導(dǎo)線受到B導(dǎo)線的作用力方向由A指向B，故A正確，B、C、D錯誤．]4．如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度B.天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬度為l，共N匝，線圈下端懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面．當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時，在天平左右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼后，天平平衡，當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知()A．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對里，B＝eq\f(（m1－m2）g,NIl)B．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對里，B＝eq\f(mg,2NIl)C．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對外，B＝eq\f(（m1－m2）g,NIl)D．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對外，B＝eq\f(mg,2NIl)B[電流反向時，右邊再加質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，說明安培力的方向原來豎直向下，由左手定則，知磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面對里，設(shè)線圈質(zhì)量為m0，依據(jù)平衡條件有m1g＝m2g＋NBIl＋m0m1g＝m2g＋mg－NBIl＋m0由①②解得B＝eq\f(mg,2NIl).]二、非選擇題(28分)5.(14分)如圖所示，將長為50cm、質(zhì)量為10g的勻稱金屬棒ab的兩端用兩個相同的彈簧懸掛成水平狀態(tài)，并使其位于垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)金屬棒中通過0.4A的電流時，彈簧恰好不伸長．g取10m/s(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2)當(dāng)金屬棒由a到b通過0.2A電流時，彈簧伸長1cm；假如電流方向由b到a，而電流大小不變，[解析](1)因彈簧不伸長，結(jié)合安培力的公式得BIL＝mg故B＝eq\f(mg,IL)＝eq\f(0.01×10,0.4×0.5)T＝0.5T.(2)當(dāng)金屬棒由a到b通過0.2A的電流時，彈簧伸長1cm，對金屬棒，BI1L＋2kx1＝電流方向由b到a時，同理有BI1L＋mg＝2kx聯(lián)立以上各式可得x2＝3cm.[答案](1)0.5T(2)3cm6．(14分)如圖所示，兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.4m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著方向垂直于導(dǎo)軌所在平面對上的勻強(qiáng)磁場．現(xiàn)把一個質(zhì)量m＝0.04kg的導(dǎo)體棒ab垂直放在金屬導(dǎo)軌上，當(dāng)接通電源后，導(dǎo)軌中通過的電流恒為I＝1.5A時，導(dǎo)體棒恰好靜止，g取10m/s2.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大；(2)若突然只將磁場方向變?yōu)樨Q直向