【物理】2020届一轮复习人教版磁场对通电导线的作用课时作业

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【物理】2020届一轮复习人教版磁场对通电导线的作用课时作业

‎2020届一轮复习人教版 磁场通电导线的作用 课时作业 ‎1.(2018·河北省承德市联校联考)如图1所示,在竖直向上的匀强磁场中,金属棒ab两端由等长轻质软导线水平悬挂,平衡时两导线与水平面的夹角均为θ(θ<90°).缓慢调节滑动变阻器的滑片位置以改变通过棒中的电流I,则下列四幅图象中,能正确反映θ与I的变化规律的是(  )‎ 图1‎ ‎2.(多选)(2018·四川省成都市模拟)如图2所示,纸面内AB两点之间连接有四段导线:ACB、ADB、AEB、AFB,四段导线的粗细相同、材料相同;匀强磁场垂直于纸面向内,现给AB两端加上恒定电压,则下列说法正确的是(  )‎ 图2‎ A.四段导线受到的安培力的方向相同 B.四段导线受到的安培力的大小相等 C.ADB段受到的安培力最大 D.AEB段受到的安培力最小 ‎3.如图3所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,下面挂有匝数为n的矩形线框abcd,bc边长为L,线框的下半部分处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里),线框中通以电流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态.令磁场反向,磁感应强度的大小仍为B,线框达到新的平衡,则在此过程中线框位移的大小Δx及方向是(  )‎ 图3‎ A.Δx=,方向向上 B.Δx=,方向向下 C.Δx=,方向向上 D.Δx=,方向向下 ‎4.如图4所示,长为L,质量为m的细导体棒a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上,无限长直导线b被水平固定在与a同一水平面的另一位置,且a、b平行,它们之间的距离为x,当a、b中均通以电流为I的同向电流时,a恰能在斜面上保持静止.已知无限长直导线周围的磁场为一系列的同心圆,周围某点的磁场的磁感应强度与该点到导线的距离成反比.则下列说法正确的是(  )‎ 图4‎ A.a、b中电流必垂直纸面向里 B.b中的电流在a处产生的磁场的磁感应强度大小为 C.若将b适当上移以增大x,则导体棒仍可能静止 D.无论将b上移还是下移,导体棒都可能处于静止状态 ‎5.(2018·广东省东莞市模拟)如图5所示,A、B、C是等边三角形的三个顶点,O是A、B连线的中点.以O为坐标原点,A、B连线为x轴,O、C连线为y轴,建立坐标系.过A、B、C、O四个点各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等、方向向里的电流.则过C点的通电直导线所受安培力的方向为(  )‎ 图5‎ A.沿y轴正方向B.沿y轴负方向 C.沿x轴正方向D.沿x轴负方向 ‎6.(2018·四川省遂宁市一诊)如图6所示,绝缘水平桌面上放置一长直导线a,导线a的正上方某处放置另一长直导线b,两导线中均通以垂直纸面向里的恒定电流.现将导线b向右平移一小段距离,若导线a始终保持静止,则(  )‎ 图6‎ A.导线b受到的安培力方向始终竖直向下 B.导线a对桌面的压力减小 C.导线b受到的安培力减小 D.导线a受到桌面水平向右的摩擦力 ‎7.(多选)如图7所示,在平面直角坐标系的第一象限内分布着非匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,沿y轴方向磁场分布是不变的,沿x轴方向磁感应强度B与x满足关系式B=kx,其中k是一恒定的正数,由粗细均匀的同种规格导线制成的正方形线框ADCB边长为a,A处有一极小开口AE,整个线框放在磁场中,且AD边与y轴平行,AD边与y轴距离为a,线框A、E两点与一电源相连,稳定时流入线框的电流为I,关于线框受到的安培力情况,下列说法正确的是(  )‎ 图7‎ A.整个线框受到的合力方向与BD连线垂直 B.整个线框沿y轴方向所受合力为0‎ C.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向 D.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向 ‎8.(多选)如图8甲所示,电流恒定的通电直导线MN,垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上,电流方向由M指向N,在两轨间存在着竖直磁场,取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,当t=0时导线恰好静止,若B按如图乙所示的余弦规律变化,下列说法正确的是(  )‎ 图8‎ A.在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动 B.在最初的一个周期内,导线一直向左运动 C.在最初的半个周期内,导线的加速度先增大后减小 D.在最初的半个周期内,导线的速度先增大后减小 ‎9.(多选)电磁轨道炮工作原理如图9所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成反比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的方法是(  )‎ 图9‎ A.只将轨道长度L变为原来的2倍 B.只将电流I增加至原来的2倍 C.只将弹体质量减至原来的一半 D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变 ‎10.如图10所示,两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置,它们所构成的导轨平面与水平面之间的夹角θ=37°,两导轨之间的距离L=0.50m.一根质量m=0.20kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,且接触良好,整套装置处于与ab杆垂直的匀强磁场中.在导轨的上端接有电动势E=36V、内阻r=1.6Ω的直流电源和电阻箱R.已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计,sin37°=0.60,cos37°=0.80,重力加速度g取10m/s2.‎ 图10‎ ‎(1)若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计,当电阻箱接入电路中的电阻R1=2.0Ω时,金属杆ab静止在导轨上.‎ ‎①如果磁场方向竖直向下,求满足条件的磁感应强度的大小;‎ ‎②如果磁场的方向可以随意调整,求满足条件的磁感应强度的最小值及方向.‎ ‎(2)如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略,整套装置处于垂直于导轨平面斜向下、磁感应强度大小B=0.40T的匀强磁场中,当电阻箱接入电路中的电阻R2=3.4Ω时,金属杆ab仍保持静止,求此时金属杆ab受到的摩擦力Ff大小及方向.‎ 答案精析 ‎1.A [金属棒受到重力、沿导线方向的拉力和水平方向的安培力,三个力的合力为零,根据平衡条件有tanθ=,=I,故A正确.]‎ ‎2.AC [导线的粗细相同、材料相同,由电阻定律R=可知:导线越长,电阻越大,由I=可知:ACB导线中电流最小,而ADB导线中电流最大,四段导线的有效长度都相同,由F=BIL可知,ADB段导线受到的安培力最大,而ACB段导线受到的安培力最小,由左手定则可知,四段导线受到的安培力的方向均相同,故A、C正确,B、D错误.]‎ ‎3.B [线框在磁场中受到重力、安培力和弹簧弹力处于平衡状态,安培力为FA=nBIL,且开始时方向向上,改变磁场方向后方向向下,大小不变.设在磁场反向之前弹簧的伸长量为x,则反向之后弹簧的伸长量为x+Δx,由平衡条件知kx+nBIL=mg及k(x+Δx)=nBIL+mg,联立解得Δx=,且线框向下移动,B对.]‎ ‎4. C [因a恰能在斜面上保持静止,其受力如图甲所示,而由平行通电直导线之间的相互作用可知,电流同向时导线相互吸引,电流反向时导线相互排斥,故A错;由图甲知tan45°=,即B=,B错;无论b是上移还是下移,b中的电流在a处产生的磁场的磁感应强度均减小,上移时其重力mg、安培力BIL、斜面支持力F满足图乙所示关系,支持力逐渐减小,安培力减小,但两个力的合力仍可能等于重力,即a仍可能处于静止状态,C对;当b下移时,安培力在减小,而支持力方向不变,则a所受合力不可能为零,即a不可能处于静止状态,D错.]‎ ‎5.B [由安培定则可得:A、B处的通电导线在C处的合磁场水平向右,O处的通电导线在C处的磁场也是水平向右,故A、B、O处的三条通电导线在C处的合磁场方向水平向右.再由左手定则可得:C点的通电直导线所受安培力的方向竖直向下,沿着y轴的负方向,故B正确,A、C、D错误.]‎ ‎6.C ‎ [因为导线a、b均处在对方产生的磁场中,故两导线都会受到安培力作用,由“同向电流相互吸引,反向电流相互排斥”可知,导线b未移动前,受到的安培力方向竖直向下,当导线b向右平移一小段距离后,受到的安培力指向导线a,不是竖直向下,故A错误;由于导线a、b之间的距离增大,导线中的电流不变,故导线之间的相互作用力减小,故C正确;导线b向右平移后,导线a的受力情况如图所示,由于导线a始终静止,所以FN=G-Fsinθ,因为安培力减小,θ减小,所以桌面对导线a的支持力增大,由牛顿第三定律可知,导线a对桌面的压力增大,故B错误;由图可知,桌面对导线a的静摩擦力方向向左,故D错误.]‎ ‎7.BC [由于沿y轴方向磁场分布是不变的,故而整个线框沿y轴方向所受合力为0,B正确;沿x轴方向磁感应强度B与x满足关系式B=kx,AD边受到的向左的安培力小于BC边受到的向右的安培力,故而整个线框受到的合力方向沿x轴正向,A错误;整个线框在x轴方向所受合力为k(a+a)Ia-(ka)Ia=ka2I,C正确,D错误.]‎ ‎8.AD [当t=0时,由左手定则可知,MN受到向右的安培力,根据F安=BLI,由于B最大,故此时的安培力最大,则MN的加速度最大,随着时间的延长,磁感应强度B减小,故加速度减小,而MN的速度在增大,当B=0时,加速度为0,速度最大,当B反向时,安培力也会反向,则加速度也反向,MN做减速运动,到半个周期时,MN速度减小到0,此时的加速度反向最大,然后MN再反向运动,到一个周期时MN又回到原出发的位置,故在最初的一个周期内,导线在导轨上往复运动,故选项A正确,B错误;在最初的半个周期内,导线的加速度先减小后反向增大,而其速度则是先增大后减小,故选项C错误,D正确.]‎ ‎9.BD [设发射速度为v时,对应的电流为I,弹体的质量为m,轨道长度为L,两轨道间距离为a,当速度为2v时,对应的电流为I′,弹体的质量为m′,轨道长度为L′,依题意有,B=kI,F=BIa=kI2a,由动能定理得,FL=mv2,即kI2aL=mv2,同理有kI′2aL′=m′·4v2,两式相比可得=,四个选项中只有B、D两个选项使前式成立,故选项A、C错误,B、D正确.]‎ ‎10.(1)①0.30T ②0.24T 垂直于导轨平面斜向下 ‎(2)0.24N 沿导轨平面向下 解析 (1)①设通过金属杆ab的电流为I1,根据闭合电路欧姆定律可知I1=,设磁感应强度的大小为B1,由安培定则可知,金属杆ab所受安培力沿水平方向,金属杆ab受力如图甲所示.对金属杆ab,根据共点力平衡条件有B1I1L=mgtanθ,解得B1==0.30T.‎ ‎②根据共点力平衡条件可知,最小的安培力方向应沿导轨平面向上,金属杆ab受力如图乙所示.设磁感应强度的最小值为B2,对金属杆ab,根据共点力平衡条件有B2I1L=mgsinθ,解得B2==0.24T.根据左手定则可判断出,此时磁场的方向应垂直于导轨平面斜向下.‎ ‎(2)设通过金属杆ab的电流为I2,根据闭合电路欧姆定律可知I2=,假设金属杆ab受到的摩擦力方向沿导轨平面向下,根据共点力平衡条件有BI2L=mgsinθ+Ff,解得Ff=0.24N,结果为正,说明假设成立,摩擦力方向沿导轨平面向下.‎
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