2019-2020学年高中物理第三章磁场第4节通电导线在磁场中受到的力练习 人教版选修3-12

2019-2020学年高中物理第三章磁场第4节通电导线在磁场中受到的力练习 人教版选修3-12

第4节　通电导线在磁场中受到的力 ‎「基础达标练」‎ ‎1．关于通电直导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)‎ A．磁感应强度跟导线所受的安培力成正比 B．安培力的方向跟磁感应强度的方向垂直 C．磁感应强度的方向跟安培力的方向相同 D．通电直导线在磁场中某处受到的安培力为零，则该处的磁感应强度一定为零 解析：选B　根据磁感应强度定义式B＝，可知：磁感应强度跟导线所受的安培力，及电流与导线长度均没有关系，故A错误；根据左手定则可知，安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故B正确，C错误；当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，而此时的磁感应强度不一定为零，故D错误．‎ ‎2.如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成的．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场B的方向的是(　　)‎ 解析：选B　A图由左手定则可知，图示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向后，不符合实际，故A错误；B图由左手定则可知，图示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向前，符合实际，故B正确；由C图可知，电流与磁场平行，炮弹不受安培力作用，不能把炮弹发射出去，故C错误；由D图可知，电流与磁场平行，炮弹不受安培力作用，不能把炮弹发射出去，故D错误．故选B.‎ ‎3.如图是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图．三块相同蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中1、2、3、4轻而柔软的细导线悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路．认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出．关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是(　　)‎ A．仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变 B．改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变 C．仅改变电流方向或仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变 D．增大电流的同时并改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大 7‎ 解析：选C　仅拿掉中间的磁铁，导体棒在磁场中的有效长度减小．所受安培力减小，摆动幅度减小，选项A错误；改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒所受安培力方向不变，仅改变一个方向时，安培力方向改变，选项B错误，选项C正确；增大电流的同时，减小导体棒在磁场中的有效长度，所受安培力可能减小，摆动幅度可能减小，选项D错误．‎ ‎4．在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度大小为‎1 A、‎2 A和‎3 A的电流，各电流的方向如图所示，则导线b所受的合力方向是(　　)‎ A．水平向左　　　　　　　 　B．水平向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 解析：选A　根据反向电流的通电导体相互排斥，可知b受到a的排斥力，同时受到c的排斥力；a的电流小于c的电流，则c对b的电场力大于a对b的电场力，所以可知导线b所受的合力方向水平向左，故A正确，B、C、D错误．‎ ‎5．(多选)图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向分布的，线圈中a、b两条导线的长均为L，通有方向如图乙所示的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则(　　)‎ A．该磁场是匀强磁场 B．线圈平面总与磁场方向垂直 C．线圈将沿顺时针方向转动 D．a、b导线受到的安培力的大小总为ILB 解析：选CD　磁场是均匀地辐向分布，越接近转轴，磁场越强．磁感线始终与线圈平面平行，即始终与线圈边垂直，A、B错误；根据安培力公式知a、b导线受到的安培力的大小总为ILB，D正确；图示位置，a、b导线受到的安培力的方向分别向上和向下，故线圈将沿顺时针方向转动，C正确．‎ 7‎ ‎6.如图所示为电流天平，可用来测定磁感应强度．天平的右臂上挂有一匝数为N的矩形线圈，线圈下端在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里．当线圈中通有电流I(方向如图)时，发现天平的右端低左端高，下列哪些调节方案可以使天平水平平衡(　　)‎ A．仅减小电流大小 B．仅增大线框的宽度l C．仅减轻左盘砝码的质量 D．仅增加线圈的匝数 解析：选A　天平左端高右端低，说明左端轻右端重，要使天平平衡，可以增加左盘砝码质量，也可以减小右盘砝码质量，选项C错误；根据左手定则判断可知，线圈在磁场中受到竖直向下的安培力F＝NBIl，故也可以减小安培力，等效于减小右盘砝码质量，减小安培力可以采取减小电流大小，减小线框的宽度l或者减少线圈的匝数，选项A正确，B、D错误．‎ ‎7.如图所示，半径为a的圆形金属导线PQ处于匀强磁场中，O是其圆心，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与平面OPQ垂直．当在导线中通以大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是(　　)‎ A．BIa，与直线OQ垂直 B．BIa，与直线OP垂直 C.BIa，与直线PQ垂直 D.，与直线PQ垂直 解析：选C　半径为a的圆形金属导线PQ在磁场中的有效长度L＝a，则导线受到的安培力大小为F＝BIL＝BIa.根据左手定则可知安培力的方向与直线PQ垂直．故A、B、D错误，C正确．‎ ‎8.音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机．如图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计．线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等．某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.‎ ‎(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向；‎ ‎(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率．‎ 解析：(1)由左手定则可以判断出线圈所受安培力的方向水平向右．由于线圈与磁场垂直，故线圈所受安培力的大小F＝nIBL.‎ ‎(2)此时安培力的功率P＝Fv＝nIBLv.‎ 7‎ 答案：(1)nIBL　水平向右　(2)nIBLv ‎「能力提升练」‎ ‎1．如图所示，取一柔软的铝箔条，把它折成天桥状并用胶纸粘牢两端，使蹄形磁铁横跨过“天桥”．当电池与铝箔接通时(　　)‎ A．铝箔条中部向磁铁S极运动 B．铝箔条中部向磁铁N极运动 C．铝箔条中部向下方运动 D．铝箔条中部向上方运动 解析：选D　由题意，可知，通过天桥的电流方向由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则，则可知，箔条中部受到的安培力向上，故A、B、C错误，D正确．‎ ‎2．如图所示，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为120°，此时悬线的张力为F.若圆环通电，使悬线的张力刚好为零，则环中电流大小和方向是(　　)‎ A．电流大小为，电流方向沿顺时针方向 B．电流大小为，电流方向沿逆时针方向 C．电流大小为，电流方向沿顺时针方向 D．电流大小为，电流方向沿逆时针方向 解析：选A　要使悬线拉力为零，则圆环通电后受到的安培力方向向上，根据左手定则可以判断，电流方向应沿顺时针方向，根据力的平衡F＝BI·R，求得I＝，故A正确，B、C、D错误．‎ ‎3．如图所示，光滑绝缘的斜面与水平面的夹角为θ.导体棒ab静止在斜面上，ab 7‎ 与斜面底边平行，通有图示的恒定电流I.空间充满竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.现缓慢增大θ(0<θ<90°)，若电流I不变，且ab始终静止在斜面上(不考虑磁场变化产生的影响)，下列说法正确的是(　　)‎ A．B应缓慢增大 B．B应缓慢减小 C．B应先增大后减小 D．B应先减小后增大 解析：选A　如图作出右侧侧视图，则可知，金属棒受重力、支持力及向右的安培力的作用；增大角度，则支持力的方向将向左旋转，要使棒仍然平衡，则支持力与安培力的合力一直等于重力；则由图可知，安培力必须增大；故磁感应强度应增大，故选A.‎ ‎4．如图所示，质量m＝‎0.5 kg、长L＝‎1 m的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架向下(磁场范围足够大)，右侧回路电源电动势E＝8 V，内电阻r＝1 Ω，额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机正常工作(g＝‎10 m/s2)，则(　　)‎ A．回路总电流为‎2 A B．电动机的额定电流为‎4 A C．流经导体棒的电流为‎4 A D．磁感应强度的大小为1.5 T 解析：选D　电动机的正常工作时，有PM＝UIM 代入数据解得IM＝‎‎2 A 通过电源的电流为I总＝＝ A＝‎4 A，故A、B错误；‎ 导体棒静止在导轨上，由共点力的平衡可知，安培力的大小等于重力沿斜面向下的分力，即F＝mgsin 37°＝0.5×10×0.6 N＝3 N 流过导体棒的电流I为I＝I总－IM＝4 －‎2 A＝‎2 A．故C错误；‎ 由安培力的公式F＝BIL 解得B＝1.5 T，故D正确．‎ 7‎ ‎5.如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并处在竖直向上的磁场中，一根质量为‎3.6 kg、有效长度为‎2 m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为‎5 A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到‎8 A时，金属棒能获得‎2 m/s2的加速度．则磁场的磁感应强度为多少？‎ 解析：对金属棒进行受力分析，利用牛顿第二定律可得 当金属棒中的电流为‎5 A时 BI‎1L－F阻＝0①‎ 当金属棒中的电流为‎8 A时 BI‎2L－F阻＝ma②‎ 由①②整理方程组可得 B＝＝T＝1.2 T.‎ 答案：1.2 T ‎6.如图所示，两根平行放置的导电轨道，间距为L，倾角为θ，轨道间接有电动势为E(内阻不计)的电源，现将一根质量为m、电阻为R的金属杆ab水平且与轨道垂直放置在轨道上，金属杆与轨道接触摩擦和电阻均不计，整个装置处在匀强磁场(磁场垂直于金属杆)中且ab杆静止在轨道上，重力加速度为g.求：‎ ‎(1)若磁场竖直向上，则磁感应强度B1是多少？‎ ‎(2)如果金属杆对轨道无压力，求匀强磁场的磁感应强度B2.‎ 解析：(1)金属杆静止在导轨上，受到重力、支持力和安培力三个力作用，侧视图如图所示．‎ 由平衡条件得F＝mgtan θ 又F＝B1IL 根据闭合电路欧姆定律I＝ 以上各式联立解得LB1＝mgtan θ，‎ 即B1＝.‎ ‎(2)金属杆ab静止在斜面上且对斜面压力为零，则安培力F′与重力G 7‎ 构成一对平衡力，侧视图如图所示．‎ 因F′＝mg 又F′＝B2IL 根据闭合电路欧姆定律I＝ 以上各式联立解得LB2＝mg，‎ 整理得B2＝ 由左手定则知，匀强磁场的磁感应强度B2的方向水平向左．‎ 答案：(1)　(2)，方向水平向左 7‎