2024-2025學(xué)年高中物理第三章4第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力練習(xí)含解析新人教版選修3-1

PAGE5-通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力(建議用時(shí)：40分鐘)【A組基礎(chǔ)鞏固】1．關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向、磁場(chǎng)B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A．F、B、I三者必需保持相互垂直B．F必需垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C．B必需垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必需垂直F、B，但F、B可以不相互垂直解析：選B.F、B、I三者間的關(guān)系是：F⊥I、F⊥B、I與B不肯定垂直．2．(多選)如圖是4個(gè)同學(xué)所畫(huà)的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力示意圖，其中正確的是()解析：選BC.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到安培力作用，其方向均由左手定則來(lái)確定．左手定則內(nèi)容是：伸開(kāi)左手大拇指垂直四指且在同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過(guò)掌心，四指指的是電流的方向，則大拇指就是安培力的方向．所以安培力方向與磁場(chǎng)方向垂直、與電流方向垂直，即其與磁場(chǎng)和電流的方向所構(gòu)成的平面垂直．圖A電流方向垂直紙面對(duì)里，磁場(chǎng)水平向右，由左手定則可知安培力豎直向下，故A錯(cuò)誤；圖B電流方向垂直紙面對(duì)外，磁場(chǎng)豎直向下，由左手定則可知安培力向右，故B正確；圖C電流方向向上，磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)里，由左手定則可得安培力方向向左，故C正確；圖D電流方向水平向左，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外，由左手定則可知，安培力方向豎直向上，故D錯(cuò)誤．3．(多選)關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間的勻稱輻向分布的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小到處相等，方向相同B．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向到處相同，大小不等C．線圈平面始終與磁感線平行D．線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都相等解析：選CD.兩磁極之間裝有極靴，極靴中間又有一個(gè)鐵質(zhì)圓柱，極靴與鐵質(zhì)圓柱之間有一不大的縫隙，依據(jù)磁感線與磁極表面垂直的特點(diǎn)，磁化了的鐵質(zhì)圓柱與極靴間的縫隙處就形成了輻向分布的磁場(chǎng)．這樣做的目的就是讓通電線圈所在位置能有一個(gè)等大的磁場(chǎng)，并且磁感線始終與線圈平面平行，故正確答案為C、D.4．如圖所示，導(dǎo)線框中電流為I，導(dǎo)線框垂直于磁場(chǎng)放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AB與CD相距為d，則MN所受安培力大小為()A．F＝BId B．F＝BIdsinθC．F＝eq\f(BId,sinθ) D．F＝BIdcosθ解析：選C.導(dǎo)線與B垂直，F(xiàn)＝eq\f(BId,sinθ).5.如圖所示，兩個(gè)完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上，但能自由移動(dòng)，若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流，則它們的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．都繞圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)B．以不等的加速度相向運(yùn)動(dòng)C．以相等的加速度相向運(yùn)動(dòng)D．以相等的加速度相背運(yùn)動(dòng)解析：選C.同向環(huán)形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但依據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力大小相等，所以選C項(xiàng)．6.如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤(pán)，帶有大量勻稱分布的負(fù)電荷，在圓盤(pán)正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖．當(dāng)圓盤(pán)高速繞中心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是()A．豎直向上 B．豎直向下C．水平向里 D．水平向外解析：選C.由于帶負(fù)電的圓環(huán)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，形成的等效電流為逆時(shí)針?lè)较颍a(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向上．由左手定則可判定通電導(dǎo)線所受安培力的方向水平向里．7.(2024·長(zhǎng)沙一中階段性考試)如圖所示，放在臺(tái)秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中心的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面對(duì)外的電流，則()A．假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明磁鐵左端是N極B．假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明磁鐵右端是N極C．無(wú)論如何臺(tái)秤的示數(shù)都不行能變更D．以上說(shuō)法都不正確解析：選A.假如臺(tái)秤的示數(shù)增大，說(shuō)明導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對(duì)導(dǎo)線的作用力豎直向上，依據(jù)左手定則可推斷，導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)方向水平向右，由磁鐵四周磁場(chǎng)分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為N極，故選A.8．(多選)(2024·江蘇揚(yáng)州高二檢測(cè))通電矩形線框abcd與長(zhǎng)直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab邊與MN平行．關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力，下列說(shuō)法正確的是()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等C．線框所受的安培力的合力方向向左D．線框所受的安培力的合力方向向右解析：選BD.由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)外，再由左手定則推斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反．a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd.因ab邊所處的磁場(chǎng)強(qiáng)，cd邊所處的磁場(chǎng)弱，故Fab＞Fcd，線框所受合力方向向右．【B組素養(yǎng)提升】9.如圖所示，三根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線P、Q、R相互平行，通過(guò)正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三根直導(dǎo)線均通入大小相等、方向垂直紙面對(duì)里的電流，則R受到的磁場(chǎng)力的方向是()A．垂直R，指向y軸負(fù)方向B．垂直R，指向y軸正方向C．垂直R，指向x軸正方向D．垂直R，指向x軸負(fù)方向解析：選A.由安培定則可知，通電直導(dǎo)線P、Q在R處產(chǎn)生的合磁場(chǎng)方向水平向右，即沿x軸正方向，則R處的磁場(chǎng)方向沿x軸正方向；由左手定則可知，通電直導(dǎo)線R所受安培力垂直于R指向y軸負(fù)方向，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤．10．(2024·虹口區(qū)聯(lián)考)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B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則導(dǎo)線受到磁場(chǎng)力的合力為()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：選D.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(（3L）2＋（4L）2)＝5L，故該通電導(dǎo)線受到安培力大小為F＝5BIL，選項(xiàng)D正確．11．如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌PQ與MN都與水平面成θ角，相距為l.一根質(zhì)量為m的金屬棒ab在導(dǎo)軌上，并保持水平方向，ab棒內(nèi)通有恒定電流，電流大小為I，方向從a到b.空間存在著方向與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，ab棒在磁場(chǎng)力作用下保持靜止，并且棒與導(dǎo)軌間沒(méi)有摩擦力．求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向．解析：金屬棒受力如圖所示，依據(jù)力的平衡條件可知F安＝mgsinθ而F安＝BIl可得B＝eq\f(mgsinθ,Il)由左手定則可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直于導(dǎo)軌平面對(duì)下．答案：eq\f(mgsinθ,Il)方向垂直導(dǎo)軌平面對(duì)下12.如圖，一長(zhǎng)為10cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1T，方向垂直于紙面對(duì)里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣．金屬棒通過(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω.已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量為0.5cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均變更了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.推斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)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是重力加速度的大小．開(kāi)關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為