选修3-1 3.4 通电导线在磁场中受到的力 同步练习(word含答案)

选修3-1 3.4 通电导线在磁场中受到的力 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 如图，通有电流 的直导线处于方向向左的匀强磁场 中，则导线受到磁场力的方向
A. 向上 B. 向下 C. 向左 D. 向右
2. 一段通电直导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向自上而下，如图所示，在导线以其中心点为轴逆时针转动 的过程中，导线受到的安培力
A. 大小不变，方向不变
B. 大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变
C. 大小由最大减小到零再增至最大，方向不变
D. 大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直于纸面向外变为垂直于纸面向内
3. 把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如图所示的电路图。当开关 接通后，将看到的现象是
A. 弹簧向上收缩 B. 弹簧被拉长
C. 弹簧上下跳动 D. 弹簧仍静止不动
4. 如图所示， 是一个用长为 的导线弯成的、以 为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面 垂直的磁感应强度为 的匀强磁场中。当在该导线中通以由 到 、大小为 的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是
A. ，平行于 向左
B. ，垂直于 的连线指向左下方
C. ，平行于 向右
D. ，垂直于 的连线指向左下方
5. 如图所示，一位于 平面内的矩形通电线圈，线圈的四条边分别与 、 轴平行，线圈中的电流方向如图所示。若在空间加上沿 轴方向的恒定磁场，则线圈
A. 绕 轴转动起来 B. 绕 轴转动起来
C. 绕 轴转动起来 D. 不会转动起来
6. 如图所示，在薄金属圆筒表面上通以与其轴线平行、分布均匀的恒定电流时，该圆筒的形变趋势为
A. 沿轴线上下压缩 B. 沿轴线上下拉伸
C. 沿半径向内收缩 D. 沿半径向外膨胀
7. 如图所示，一根有质量的金属棒 ，两端用细软导线连接后悬于 、 两点，棒的中部处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从 流向 ，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
8. 在图中，标出磁场 的方向，通电直导线中电流 的方向，以及通电直导线所受磁场力 的方向，其中正确的是
（用“”表示磁感线垂直于纸面向外，“”表示磁感线垂直于纸面向里；“”表示电流垂直于纸面向外，“”表示电流垂直于纸面向里。）
A. B.
C. D.
9. 如图，粗细均匀的正六边形线框 由相同材质的导体棒连接而成，直流电源的两端与顶点 、 相连，整个装置处于垂直于线框的匀强磁场中。若 棒受到的安培力大小为 ，则六边形线框受到安培力的总和为
A. B. C. D.
10. 如图，“”型导线 固定并垂直放置在磁感应强度为 的匀强磁场中，， 长为 ， 长为 ，导线通入恒定电流 ，设导线受到的安培力大小为 ，方向与 夹角为 ，则
A. ， B. ，
C. ， D. ，
二、填空题（共4小题；共16分）
11. 如图所示，两金属棒 、 放在磁场中，并组成闭合电路，当棒 向左运动时，棒 受到向下的磁场力，则Ⅰ是 极，Ⅱ是 极。
12. 匀强磁场中有一根长度为 重力为 垂直于纸面水平放置的导体棒，用细线悬挂于 点。当导体棒通入方向垂直纸面向内的 电流时，处于如图所示的静止状态，图中细线与竖直方向成 夹角。磁场磁感应强度的最小值为 ，方向是 。
13. 地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场.如果赤道某处的磁感应强度大小为 ，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为 ，载有从东往西的电流 。则地磁场对这根导线的作用力大小为 ，方向为 。
14. 如图，长度均为 的长直导体棒 、 平行置于光滑绝缘水平桌面， 棒固定， 棒与力传感器相连。当 、 中分别通以大小为 、 的恒定电流时， 棒静止，传感器受到 给它水平向左、大小为 的拉力。则 、 中的电流方向 （选填“相同”或“相反”）， 中电流在 棒所在处产生的磁感应强度大小为 。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图所示，水平放置的两导轨 、 间的距离 ，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度 ，垂直于导轨放置的 棒的质量 ，系在 棒中点的水平绳跨过定滑轮与重力 的物块相连。已知 棒与导轨间的动摩擦因数 ，电源的电动势 、内阻 ，导轨的电阻及 棒的电阻均不计。要想 棒处于静止状态， 应在哪个范围内取值 （ 取 ）
16. 如图所示，把通电线圈放入永久磁铁的匀强磁场中。问：
（1）图（）中的线圈怎样转动
（2）图（）中，由上往下看线圈做顺时针转动，指出磁铁的 、 极。
（3）图（）中，由上往下看线圈做逆时针转动，标出线圈中电流的方向。
17. 如图所示，固定的水平金属导轨间距 ，处在磁感应强度 的竖直向上的匀强磁场中，一质量为 的导体棒 垂直导轨放置，其与金属导轨间的摩擦因素 ，已知电源的电动势 ，内电阻 ，电阻 ，其他电阻忽略不计。闭合开关 ，试求：
（1）导体棒中的电流；
（2）导体棒受到的安培力的大小和方向；
（3）导体棒受到的摩擦力大小。
答案
第一部分
1. A
【解析】根据左手定则可知，直导线受安培力方向向上。
故选A。
2. D
【解析】根据安培力公式 ，可知导线转动前，电流方向与磁场方向垂直，；当导线转过一个小角度后，电流方向与磁场方向不再垂直，安培力变小；当导线转过 时，电流方向与磁场方向平行，安培力为零；根据左手定则判断可知，安培力的方向始终垂直于纸面向外。在导线再继续转动 的过程中，安培力的大小由零变到最大，安培力的方向始终垂直于纸面向内，选项D正确。
3. C
【解析】通电后，弹簧的每一圈都相当于一个环形电流，且各圈的 电流绕向相同。任取其中两圈，其相邻两侧一定形成相异极性，因此互相吸引（或者，也可把任意两圈的相邻各段，看做两个同向电流而相互吸引）。弹簧的各圈相互吸引后，弹簧收缩，下端脱离水银面，使电路断开。电路断开后，弹簧中的电流消失，磁场作用失去，弹簧在自身重力及弹力作用下下落。于是，电路又接通，弹簧又收缩 如此周而复始，弹簧上下跳动。C正确。
4. B
【解析】该导线是半径为 的 圆弧，在磁场中的有效长度为 ，又 ，联立解得 ，则安培力为 ，根据左手定则，可得安培力的方向为垂直于 的连线指向左下方，B正确。
5. D
6. C
7. C
【解析】首先对 进行受力分析，受竖直向下的重力 、两根软导线竖直向上的拉力和安培力，处于平衡时：，重力 恒定不变，欲使拉力 减小到 ，应增大安培力 ，所以可增大磁场的磁感应强度 或增大通过金属棒中的电流 ，或二者同时增大。
8. C
【解析】通电导线在磁场中受到安培力，其方向由左手定则来确定。
左手定则内容是：伸开左手大拇指垂直四指且在同一平面内，让磁感线穿过掌心，四指指的是正电荷的运动方向（电流），则大拇指就是洛伦兹力（安培力）方向。所以洛伦兹力（安培力）与磁场方向垂直、与运动方向垂直，即其与磁场与运动（电流）方向所构成的平面垂直。
电流方向水平向左，由左手定则可知安培力竖直向下，故A错误；
由于电流方向与磁场方向相同，则没有安培力，故B错误；
电流方向垂直纸面向外，由左手定则可得安培力方向竖直向下，故C正确；
电流方向水平向右，由左手定则可知，安培力方向垂直纸面向外，D错误。
9. C
10. D
【解析】连接 ，根据几何关系得 ，根据 ， 与 的夹角 ，，故D正确，ABC错误。
第二部分
11. ；
12. ；沿绳并指向左上方
13. ；竖直向下
【解析】地磁场的磁感应强度为 ，方向由南向北；导线垂直于地磁场放置，长度为 ，载有电流 ，则其所受安培力 ，根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向竖直向下.
14. 相同；
第三部分
15.
【解析】依据物体的平衡条件可得，
棒恰不右滑时有 ，
棒恰不左滑时有 ，
依据闭合电路欧姆定律可得
，。
由以上各式代入数据可解得 ，，
所以 的取值范围为 。
16. （1） 由上往下看逆时针方向
（2） 左边 极，右边 极
（3） 线圈左边向上，右边向下
17. （1）
（2） ；水平向左
（3）
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