《2019-2020学年高中物理人教版选修3-1同步作业与测评：3.4 通电导线在磁场中受到的力 Word版含解析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年高中物理人教版选修3-1同步作业与测评：3.4 通电导线在磁场中受到的力 Word版含解析.doc（16页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第4节通电导线在磁场中受到的力对应学生用书P671.大，线圈偏转的角度越大，所以从线圈偏转的角度就能判断通过的电流大小；线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之改变。对应学生用书P67考点一安培力的方向1.把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心，且在线圈平面内，如图所示，当线圈通以图示方向的电流时，线圈将()A发生转动，同时远离磁铁B发生转动，同时靠近磁铁C不发生转动，只靠近磁铁D不发生转动，只远离磁铁答案B解析由右手螺旋定则可以知道，线圈向外一面为S极，因为异名磁极相互吸引，因此从上往下看，线圈做顺时针方向转动，同时靠近磁铁，B正确。考点二安培力
2、的大小2.如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则MN所受安培力大小()AFBId BFBIdsinCF DFBIdcos答案C解析题中磁场和电流垂直，角仅是导线框与金属杆MN间夹角，不是电流与磁场的夹角，所以有效长度为MN的长度，C正确。考点三安培力作用下的导体棒的平衡3.如图所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。当金属杆中通有方向ab的电流I时，每根金属丝的拉力大小为T。当金属杆通有方向ba的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2T。则磁场的磁感应强度B的大小为_。答案解析导体a
3、b受重力、安培力、金属丝的拉力而平衡。当ab中的电流方向由a到b时，安培力向上，由平衡条件得2TBILmg当ab中的电流由b到a时，安培力向下，由平衡条件得4TBILmg解方程组得B。对应学生用书P681.如图所示，固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近。当导线mn中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是()A向左运动 B向右运动C以mn为轴转动 D静止不动答案B解析线框中通有电流，ad和bc两导线同时受到通电导线mn的作用力，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”可得ad、bc所受安培力都向右，
4、所以合力向右，B正确。2.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合。当两线圈通以如图所示方向的电流时，从左向右看，则线圈L1将()A不动 B顺时针转动C逆时针转动 D向纸外平动答案C解析将线圈L1分成前后两个部分(靠近做题人的部分为前)，将每部分分割成无数个电流元，线圈L1处于线圈L2产生的磁场中，根据右手螺旋定则判断L2产生的磁场，线圈L2内部磁场方向垂直于纸面向里，根据安培定则得，线圈L1前半部分受到的安培力竖直向上，线圈后半部分受到的安培力竖直向下，所以从左向右看，线圈L1逆时针转动，C正确。3如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁
5、组成。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方向的是()答案B解析由左手定则可知，图A磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向后，图B磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向前，图C、D磁感应强度方向使炮弹受到的安培力为零，只有B正确。4(多选)如图所示，通电细杆ab质量为m，置于倾角为的导轨上，导轨和杆间不光滑，通有电流时，杆静止在导轨上，下图是四个侧视图，标出了四种匀强磁场的方向，其中摩擦力可能为零的是()答案AB解析A图中细杆受重力、水平向右的安培力和斜面的支持力，若三个力平衡，则细杆不受摩擦力，A正确；B图中细杆受重力、竖直向上的安培
6、力，若重力与安培力相等，则二力平衡，细杆不受摩擦力，B正确；C图中细杆受重力、竖直向下的安培力、支持力，要想处于平衡，细杆一定受摩擦力，C错误；D图中细杆受重力、水平向左的安培力、支持力，要想处于平衡，细杆一定受摩擦力，D错误。5如图所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2的过程中，通电导线所受安培力是()A数值变大，方向不变B数值变小，方向不变C数值不变，方向改变D数值，方向均改变答案B解析安培力FBIL，电流不变，垂直磁场方向的直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直B、I所决定的平面，所以安培力的方向不变，B正确。6.如图所示，一根长L
7、0.2 m的金属棒放在倾角37的光滑斜面上，并通过I5 A的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度B0.6 T，方向竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin370.6)答案0.8 N解析从侧面看，对棒受力分析如图所示，安培力的方向由左手定则判断出为水平向右，FBIL0.650.2 N0.6 N。由平衡条件得重力mg0.8 N。7.质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小。答案BILcosmgBILsin解析导体棒MN处于平衡状态，注意题
8、中磁场方向与MN是垂直的，作出其侧视图，对MN进行受力分析，如图所示。由平衡条件有：FfFsin，FNFcosmg，其中FBIL，解得：FNBILcosmg，FfBILsin。跟踪训练安培力的应用 对应学生用书P691.如图所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A0 B0.5BIlCBIl D2BIl答案C解析V形导线两部分的受力情况如图所示。其中FBIl，V形导线受到的安培力应为这两个力的合力，大小为F合2Fcos60BIl，C正确。2.如图所示，放
9、在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()A如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极C无论如何台秤的示数都不可能变化D以上说法都不正确答案A解析如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A正确，B、C、D错误。3.(多选)如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方。MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向
10、外运动，可以()A将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端答案ABD解析将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极，根据安培定则可知，线圈产生的磁场方向向上，再根据左手定则可知MN受到的安培力向外，则MN垂直纸面向外运动，A正确；同理当b、d端接电源正极，a、c端接电源负极时，MN垂直纸面向外运动，B正确；当a、d端接电源正极，b、c端接电源负极，MN垂直纸面向里运动，C错误；将a、c端接在交流电源一端，b、d端接在交流电源的另一端，a、
11、c端的电势的高低相对于b、d端的电势高低做同步变化，线圈磁场与电流方向的关系跟A、B选项两种情况一样，D正确。4通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图所示。下列哪种情况将会发生()A因L2不受磁场力的作用，故L2不动B因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动CL2绕轴O按顺时针方向转动DL2绕轴O按逆时针方向转动答案D解析由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线L1的距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向均水平向右，由于O点的下方磁场较强，则
12、安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D正确。5.如图所示，MN、PQ为水平放置的平行导轨，通电导体棒ab垂直放置在导轨上，已知导体棒的质量m1 kg、长L2.0 m，通过的电流I5.0 A，方向如图所示，导体棒与导轨间的动摩擦因数，当加一竖直向上的匀强磁场时，导体棒水平向右运动，随着磁感应强度的增大，导体棒运动的加速度增大；若减小磁感应强度方向与速度方向的夹角，当该夹角减小到某一值时，无论怎样增大磁感应强度，导体棒ab均不会运动，则为()A30 B45 C60 D90答案A解析如图所示对导体棒进行受力分析如下图所示：根据FBIL知，增大磁感应强度时，导体棒所受安培力F增加，若使导体棒不
13、会运动，需满足：安培力F的水平分量小于导体棒与导轨间的最大静摩擦力，如图即满足：Fsin(mgFcos)当磁感应强度B足够大时，即F足够大，由数学关系可以知道，mgFcosFcos即当tan时，无论安培力多大，导体棒都不能运动，又因为，解得：30，A正确。6.如图所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成角，处在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，金属杆ab水平放在导轨上。当回路电流强度为I时，金属杆ab所受安培力F()A方向垂直ab杆沿斜面向上B方向垂直ab杆水平向右CFBILcosDFBILsin答案B解析由题图知电流方向由ba且与磁场方向垂直，根据左手定则可知安培力水平向右，由安培力计算公式
14、可得FBIL，B正确。7.如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的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()A适当减小磁感应强度 B使磁场反向C适当增大电流 D使电流反向答案C解析首先对MN进行受力分析：其受竖直向下的重力G、受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力。当其处于平衡状态时：2FBILmg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增大通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，只有C正确。8.如图所示条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固
15、定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用F表示磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较()AF减小，f0 BF减小，f0CF增大，f0 DF增大，f0答案C解析磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中央上方，此处的磁感线是水平的，电流的方向垂直于纸面向里，根据左手定则，导线所受的安培力方向竖直向上，如下图所示：长直导线是固定不动的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的。因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力，压力是增大的；因为这两个力的方向都是竖直向下的，所以磁铁不会发生
16、相对运动，不会产生摩擦力，C正确。9.如图所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态。为了使金属棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为()A.tan，竖直向上 B.tan，竖直向下C.sin，平行悬线向下 D.sin，平行悬线向上答案D解析要求所加磁场的磁感应强度最小，应使金属棒平衡时所受的安培力有最小值。从b端侧视图对杆受力分析：由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，当安培力F垂直于悬线的拉力FT时，安培力有最小值为Fminmgsin，即Bmi
17、nIlmgsin，得Bmin，由左手定则知，磁感应强度的方向应平行于悬线向上。D正确。10如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L1 m。导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m0.2 kg，棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直)，物体的质量为M0.3 kg。导体棒与导轨的动摩擦因数为0.5(g取10 m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？答案2 A方向由a到b解析导体棒的最大静摩擦力大小为fm0.5mg1 N，M的重力为GMg3 N，则fmG，要保持物体匀速上升，则安培力方向必须水平向左，则根据左手定则
18、判断得知棒中电流的方向为由a到b。根据受力分析，由牛顿第二定律，则有F安fmG0，F安BIL，联立得：I2 A。11.如图所示，电源电动势E2 V，r0.5 ，竖直导轨宽L0.2 m，导轨电阻不计，另有一金属棒ab，质量m0.1 kg，电阻R0.5 ，它与轨道间的动摩擦因数0.4，金属棒靠在导轨的外面，为使金属棒静止不下滑，施加一个与纸面夹角为30且方向向里的匀强磁场，g取10 m/s2，求：(1)磁场的方向；(2)磁感应强度B的取值范围。答案(1)竖直方向成30角斜向下(2)3 TB16.3 T解析(1)以静止的金属棒为研究对象，画出其侧视图，受力如图甲所示。要使金属棒静止，通电金属棒所受安
19、培力一定要有向左的分量，由左手定则判定磁场方向应斜向下。(2)电路中电流I A2 A根据平衡条件，若摩擦力向上达到最大时，受力分析如图甲所示，根据平衡条件则有：Fsin30fmg，fNFcos30即B1ILsin30B1ILcos30mg得B13 T若摩擦力方向向下，如图乙所示，则：Fsin30fmg，fNFcos30即B2ILsin30B2ILcos30mg代入数据计算得出：B216.3 T故所求磁感应强度的范围是3 TB16.3 T。12.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，
20、并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为且指向右上方，如图所示，求：(1)当金属棒ab静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab金属棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？答案(1)mg(2)方向水平向右解析从b向a看侧视图受力分析如图所示。(1)水平方向：FfF安sin竖直方向：FNF安cosmg又F安BILBL联立得：FNmg，Ff。(2)要使金属棒ab所受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有F安mg，F安BminILBminL得Bmin，根据左手定则判定磁场方向水平向右。13.如图所示，在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为m0.3 kg的金属棒ab，通以从ba、I3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止。求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)金属棒ab对导轨的压力。(g10 m/s2)答案(1)1.73 T(2)6 N，方向垂直斜面向下解析(1)金属棒ab静止，受力情况如图所示，则mgtan60FBILB T1.73 T。(2)金属棒ab对导轨的压力为：FNFN N6 N，方向垂直斜面向下。