2020高中物理 6.1《探究磁场对电流的作用》

2020高中物理 6.1《探究磁场对电流的作用》

‎6.1《探究磁场对电流的作用》每课一练 ‎ 一、选择题 ‎1、关于磁感应强度，下列说法正确的是（ C ）‎ A．磁感应强度只是描述磁场强弱的物理量 B．由B=可知，某处磁感应强度大小与放入该处通电导线的I与L乘积成反比 C．通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零 D．放置在磁场中，‎1m长的导线，通过‎1A的电流，受到的力为1N，该处磁感应强度就是1T ‎2、一根金属棒MN，如图11-38-22所示，两端用办导线连接后悬挂于a、b两点，棒中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以（ C ）.‎ A．适当减小磁感应强度 B．使磁场反向 C．适当增大电流 D．使电流反向 ‎【提示】安培力F方向竖直向上，线上有拉力T，说明F＜mg.欲使T=0，则应使F=mg，而F=ILB.所以使电流I增大或磁感应强度 B增大.‎ ‎3、如图11-38-23所示，条形磁锦旗 在水平桌面上，在其正中央上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ A ）.‎ A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 ‎【提示】可分析直导线的受力（安培力）.条形磁铁在导线处的磁场应是水平向左，直导线受F竖直向下，则条形磁铁受导线的作用力应是竖直向上，故压力减小，无摩擦力.‎ ‎4、电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布（如图11-38-24所示）.当线圈中通入恒定电流时，线圈将发生转动，电流表的指针也随着偏转，最后停在某一偏角位置上，则在偏转过程中随着偏转角的增大（ C ）.‎ A．线圈所受安培力的力矩逐渐增大 B．线圈所受安培力的力矩逐渐减小 C．线圈所受安培力的力矩不变 D．以上说法都不对 ‎【提示】均匀辐向分布的磁场不是匀强磁场，线圈转到任一位置其平面均与磁场平行，又由于对称性，图中线圈的左、右两边处的磁感应强度B相同（保持不变），所以磁力矩为MmNIBS恒定不变.‎ ‎5、弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺线管内，如图11-38-25所示，下列说法正确的是（ A、C ）‎ A．若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数将减小 B．若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数增大 C．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将增大 D．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将减小 ‎【提示】考虑螺线管通电后产生的磁场与磁棒的相互作用.‎ ‎6、一个可自由运动的轻线圈L1和一个固定的线圈L2互相垂直放置，且两个圆线圈的圆心重合，当两线圈都能以如图11-38-26所示的电流时，则从左向右看，线圈L1将（ B ）.‎ A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．向纸外平动 ‎【提示】可用微元法解.L2产生的磁场方向自下向上，对L1上半部的各电流微元应受到指向纸外的安培力（合力），而L1下半部的各电流微元受到指向纸里的安培力（合力），所以L1将顺时针转动（从左向右看）.‎ ‎7、载流导体L1、L2处在同一平面内，L1是固定的，L2可绕垂直于纸面的固定转轴O转动，O为L2的中点，若各自的电流方向如图11-38-27所示.将会发生下列哪种情况（ D ）.‎ A．因不受磁场力，L2不动 B．因L2受的磁场力处处相等，故L2不动 C．L2绕轴O按顺进针方向转动 D．L2绕轴O按逆进针方向转动 ‎【提示】电流I1在L2处产生的磁场方向为垂直纸面向外，所以L2的各部分（微元）都受到沿纸面向下的安培力作用.因为O点左侧的磁场强，所以L2左半部受的安培力大于右半部分受到的安培力，L2将逆时针方向转动.‎ ‎8、 电磁轨道炮工作原理如图所示．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．轨道电流可形成在弹体处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成正比．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，理论上可采用的办法是(　　)‎ 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 ‎【解析】 BD　弹体所受安培力为F安＝BIl，由动能定理得：BIL＝mv2，只将轨道长度L变为原来的2倍，其速度将增加至原来的倍，A错误；只将电流I增加至原来的2倍，其磁感应强度也随之增加至原来的2倍，其速度将增加至原来的2倍，B正确；只将弹体质量减至原来的一半，其速度将增加至原来的倍，C错误；‎ ‎ 将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍时，其速度将增加至原来的2倍，D正确．‎ 二、填空题 ‎9、在赤道上空某处有一竖直的避雷针，当带正电的云经过避雷针上方时，地磁场对避雷针的作用力方向是水平向东.‎ ‎【提示】放电时电流方向应是自上而下，由左手定则，安培力为水平向东.‎ ‎10、2000年，我国第一艘超导电磁推进船HEMS-1下水试验. 它取消了传统的螺旋浆，是船舶推进的重大革新，其原理如图11-38-28，强磁场方向竖直，在垂直直于船身方向两边安装正负电极，电极都在海水里.当电源接通时海水中产生垂直于船体方向的强电流，推动船体运动，则如图船将向 右 方向运动，如磁感应强度5T（看做匀强磁场），水通道宽‎0.5m，产生推力50N，则船上蓄电池中电流为 ‎20 A.‎ ‎【提示】电源接通时，海水中的强电流在图中垂直于磁场方向向上，由左手定则可以判断安培力水平向左，则海水将向左流动，同时船体必受到一水平向右的反作用力，故船向右运动.则安培力F=BIL，得I=，代入数据可求得出I=‎20A.‎ ‎11、电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，具有速度快、命中率高、发射在本低、污染小等优点，是21世纪的一种理想兵器，它的主要原理如图11-38-29所示.1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2.g的弹体加速到‎10km/s的电磁炮（常规炮弹约为‎2km/s）.若轨道宽‎2m，长为‎100m，通过的电流为‎10A，则轨道间所加的匀强磁场B= 55 T,磁场力的最大功率P=1.1×107W（轨道摩擦不计）.‎ ‎【提示】弹体在安培力作用下加速，由动能定理 ILB·s=,得B===55T.‎ 磁场力的最大功率Pm=Fvm=10×2×55×104=1.1×107W.‎ ‎12、如图11-38-30，水平放置的光滑的金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为α.金属棒ab的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直.电源电动势为E，定值电阻为R，其余部分电阻不计，则当电键K合上时，棒ab受到的安培力的大小为，方向为向在下方，棒的加速度大小为.‎ ‎【提示】导体棒ab与磁感应强度B垂直，安培力F=ILB=，而F既与B垂直又与I垂直，所以F方向指向左下方，如图11-38-31所示.棒只有水平加速度，由F·sinα=ma，得α=.‎ 三、解答题 ‎13、如图11-38-32所示，光滑平行导轨宽L，轨道平面与水平面成θ角，放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，质量为m的金属棒ab垂直于导轨放在轨道平面上，若保持金属棒ab静止不动，棒中应通何方向的多大电流？‎ ‎【提示】由左手定则和平衡条件可以判断，ab所受的安培力只能是水平向右，如图11-38-33所示，电流方向必为b→a.‎ 由mgsinθ=ILBcosθ，得I=‎ ‎【答案】‎ ‎14、在倾角θ=30°的斜面上，固定一金属框，宽L=‎0.25m，接入电动势E=12V、内阻不计的电池，垂直框面放有一根质量m=‎0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ=，整个装置放在磁感应强度B=0.8T，垂直框面向上的匀强磁场中，如图11-38-34.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不计，g=‎10m/s2（取最大静摩擦力与滑动摩擦力相等）.‎ ‎【提示】金属框静止时，摩擦力f方向可能向上，也可能向下，需要讨论.‎ ‎（1）当变阻器R取值较大是，I较小，安培力F较小.金属棒沿框架有下滑趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上，如图11-38-35所示.金属棒刚好不上滑时满足 B+μmgcosθ-mgsinθ=0.‎ 得R===4.8Ω ‎（2）当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F较大，金属棒有沿框面上滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向下，如图11-38-36所示.金属棒刚好不下滑时满足 B-μmgcosθ-mgsinθ=0.‎ 得R===1.6Ω 所以滑动变阻器R的取值1.6Ω≤R≤4.8Ω.‎ ‎【答案】1.6Ω≤R≤4.8Ω.‎