1.1磁场对通电导线的作用力 分层作业(Word版含答案)

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名称 1.1磁场对通电导线的作用力 分层作业(Word版含答案)
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文件大小 543.1KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-03-07 09:32:01

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课时1磁场对通电导线的作用力分层作业夯实基础(2)第一章安培力和洛伦兹力2021_2022学年高一物理选择性必修第二册(人教版2019)
一、单选题,共10小题
1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系,正确的说法是(  )
A.磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的
B.磁场方向一定与安培力方向垂直,但电流方向不一定与安培力方向垂直
C.磁场方向不一定与安培力方向垂直,但电流方向一定与安培力方向垂直
D.磁场方向不一定与电流方向垂直,但安培力方向一定既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直
2.如图所示,下列四幅图中电流方向和电源正负极,通电后实验现象描述正确的是(  )
A.图1中通电直导线下方的小磁针N极向外转
B.图2中处于蹄形磁铁中的导体棒通电后向左摆动
C.图3中处于磁场中的导电液体将顺时针方向旋转
D.图4中下端刚好与水银液面接触的软弹簧通电后将上下振动
3.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是(  )
A. B. C. D.
4.如图所示,在天花板下用绝缘细线分别悬挂四个金属载流线圈,已知各载流线圈的匝数相同、质量相同,且边长MN相等。当线圈中通有顺时针方向的、大小相同的电流时,各线圈均处于平衡状态。则悬挂线圈的细线中对天花板的拉力最大的是(  )
A. B.
C. D.
5.如图所示,质量为m、长为L的导体棒电阻为R,初始时静止于光滑的水平轨道上,电源电动势为E,内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B,其方向与轨道平面成θ角斜向上方,开关闭合后导体棒开始运动,则(  )
A.导体棒向左运动
B.开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为
C.开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为
D.开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为
6.如图所示,为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图。当圆盘高速绕中心轴转动时,通电直导线所受磁场力的方向是(  )
A.水平向里 B.水平向外 C.竖直向上 D.竖直向下
7.在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线,则此导线(  )
A.受到竖直向上的安培力 B.受到竖直向下的安培力
C.受到由南向北的安培力 D.受到由西向东的安培力
8.如图所示,边长为l,质量为m的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板,导线框中通一逆时针方向的电流,图中虚线过ab边中点和ac边中点,在虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁场,其磁感应强度大小为B,此时导线框处于静止状态,细线中的拉力为F1,保持其他条件不变,现将虚线下方的磁场移至虚线上方,此时细线中拉力为F2。导线框中的电流大小为(  )
A. B. C. D.
9.在磁场中的A、B两个位置各放一段长度均为L的直导体棒(L长度很小),给两导体棒分别通有大小相同的电流I。测得两段导体棒受到的安培力大小分别为和,下列判断正确的是(  )
A.若、方向相同,则A.B两点磁场方向一定相同
B.若,则A、B两点的磁感应强度大小相等
C.若,则A点的磁感应强度大小一定为0
D.若,则A点的磁感应强度可能小于B点的磁感应强度
10.电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,电磁炮就是利用电磁弹射工作的。电磁炮的原理如图所示,则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是(  )
A.竖直向上 B.竖直向下
C.水平向左 D.水平向右
二、多选题,共4小题
11.如图所示,质量为m、有效长度为L、电流为I的通电导体棒,水平静止在倾角为的绝缘斜面上,整个装置处在匀强磁场中,在以下四种情况中,导体与导轨间的摩擦力可能为零的是(  )。
A. B.
C. D.
12.如图所示,质量为的铜棒长为,棒的两端用长为的细软铜线水平悬挂在磁感应强度为、方向竖直向上的匀强磁场中,当棒中通过恒定电流I后,铜棒向上摆动,最大偏角,g取,则铜棒中电流I和铜棒在摆动过程中的最大速率v分别为( )
A.铜棒中电流 B.铜棒中电流
C.最大速率 D.最大速率
13.如图所示,当空中存在某一匀强磁场时,通电导线可静止在如图位置上(悬线与竖直方向夹角),则匀强磁场的方向可能是( )
A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向右 D.与悬线平行向下
14.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ab与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用,下列叙述中正确的是(  )
A.线框有两条边所受的安培力的方向相同
B.线框有两条边所受的安培力的大小相同
C.线框受安培力的合力朝左
D.cd边所受安培力对ab边的力矩不为零
三、填空题,共4小题
15.如图所示,通电线圈受安培力作用绕轴顺时针转动(从上往下看),标出线框中电流方向.
16.如图所示,在固定的条形磁铁上套有通电线圈1、2、3,线圈平面与磁铁垂直,线圈轴线与磁铁轴线重合,1套在正中间,2套在S极一端,3在S极右侧,磁铁对通电线圈1、2、3的作用力使线圈具有趋势__________、__________、__________.
17.如图所示,两个相同的通电线圈并排平行放置,线圈轴线重合,线圈2所受磁场力的情况为____________________.
18.如图所示,通电线圈,用橡皮绳悬挂起来,在其正下方放一根长直通电导线,则线圈受力后的运动情况是__________,橡皮绳所受的拉力__________(选填“增大”“减小”或“不变”).
四、解答题,共4小题
19.如图所示,在同一水平面上的两根导轨相互平行,并处在竖直向上的匀强磁场中,一根质量为3.6kg,有效长度为2m的金属棒放在导轨上。当金属棒中的电流为5A时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流增加到8A时,金属棒的加速度为2m/s2,求磁场的磁感应强度的大小。
20.如图,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,直线长度均为L,电流强度为I,磁感应强度为B,求各导线所受到的安培力。
21.在倾角为α的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒,如图所示,试问:
(1)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向。
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向。
22.如图所示,两平行光滑导轨相距为L=20cm,金属棒MN的质量为m=10g,电阻R=8Ω,匀强磁场的磁感应强度B=0.8T,方向竖直向下,电源电动势E=10V,内阻r=1Ω,当开关S闭合时,MN恰好平衡,求变阻器R1的取值为多少?设θ=,g取10m/s2
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.D
【解析】
根据左手定则内容可得出答案。
ABCD.电流放入磁场中,不管电流与磁场是否垂直,安培力均垂直磁场和电流所确定的平面,即安培力总是垂直磁场方向,安培力总是垂直电流方向。故ABC均错误,D正确。
故选D。
2.D
【解析】
A.图1中根据安培定则可知,通电直导线下方的磁场向里,则小磁针N极向里转,选项A错误;
B.根据左手定则,图2中处于蹄形磁铁中的导体棒通电后向右摆动,选项B错误;
C.根据左手定则,图3中处于磁场中的导电液体将逆时针方向旋转,选项C错误;
D.图4中下端刚好与水银液面接触的软弹簧通电,由于各匝弹簧之间是同向电流,相互吸引,则弹簧收缩后,电路又断开,然后弹簧恢复原长,这样不断往复运动,上下振动,选项D正确。
故选D。
3.A
【解析】
考查安培力的方向。
A.根据左手定则判断通电导线所受安培力的方向,A项正确;
B.安培力应垂直纸面向外,B项错误;
C.磁场和导线平行,导线不受安培力,C项错误;
D.安培力应向上,D项错误。
故选A。
4.A
【解析】
由左手定则,安培力竖直向下,悬挂线圈的细线中对天花板的拉力是 ,线圈与磁场上边界交点的连线为有效长度,A图的有效长度最大,细线的拉力最大,A正确,BCD错误。
故选A。
5.B
【解析】
A.开关闭合,由左手定则可知,磁感线穿过掌心,则大拇指向为垂直磁感线向右,从而导致导体棒向右运动。故A错误;
BC.当开关闭合后,根据安培力公式F=BIL,与I=可得F= ,故B正确,C错误;
D.当开关闭合后,安培力的方向与导轨成90 θ的夹角,再根据力的分解可得,合力大小,再由牛顿第二定律与安培力的大小可知,加速度
故D错误;
故选:B。
6.A
【解析】
带负电圆盘如题目图转动时,形成逆时针方向(从上向下)的电流,根据右手螺旋定则可知,在圆盘上方形成的磁场方向竖直向上,根据左手定则,伸开左手,让四指和电流方向一致,磁感线穿过手心,则大拇指指向垂直纸面向里,因此安培力的方向水平向里,故A正确,BCD错误。
故选A。
7.A
【解析】
赤道上空的地磁场方向是由南向北的,电流方向由西向东,由左手定则判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的。
故选A。
8.A
【解析】
现将虚线下方的磁场移至虚线上方,此时细线中拉力为F2。
线框处于匀强磁场中,则各边受到的安培力大小相等,依据左手定则,可知,安培力夹角均为120°,因此安培力合力为F安,则有
F2=mg+F安
当在虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁场,此时导线框处于静止状态,细线中的拉力为F1;依据左手定则,则各边受到安培力如图所示:
结合矢量的合成法则,及三角知识,则线框受到安培力的合力,方向竖直向上,大小为
F安=
根据平衡条件,则有:
F1+F安=mg
解得:
F安=mg-F1=F2-mg


故选A。
9.D
【解析】
A.根据左手定则,导体棒所受到的安培力方向与磁场的方向及电流方向有关,因本题不知道通入导体棒的电流方向,故当、方向相同时,不能确定A、B两点的磁场方向一定相同,故A错误;
BD.导体棒在磁场中受到的安培力大小为
式子中为B与I方向的夹角,虽然I的大小相同,但由于未确定,故不能确定A、B两点的磁感应强度大小关系,故B错误,D正确;
C.对于一个给定的磁场,某点磁感应强度的大小为定值,与是否放入通电导线,导线通入的电流I,导线受到的安培力F大小无关,例如:当时,安培力为零,但磁感应强度可以不为零,故C错误。
故选D。
10.C
【解析】
根据左手定则可知,张开左手,使四指与大拇指在同一平面内,大拇指与四指垂直,把左手放入磁场中,让磁感线穿过手心,四指与电流方向相同,大拇指所指的方向是安培力的方向,故受到的安培力水平向左。
故选C。
11.AC
【解析】
A.杆子受竖直向下的重力、水平向右的安培力和垂直于斜面向上的斜面的支持力,若三个力平衡,则不受摩擦力,故A正确。
B.杆子受重力、水平向左的安培力,支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,故B错误。
C.杆子受竖直向下的重力、竖直向上的安培力,若重力与安培力相等,则二力平衡,不受摩擦力,故C正确。
D.杆子受重力、竖直向下的安培力、支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,故D错误。
故选AC。
12.BC
【解析】
AB.摆动到最大偏角过程中,根据动能定理得
解得
A错误,B正确;
CD.根据对称性可知,当摆角为30°时,速度最大,有
解得
C正确,D错误。
故选BC。
13.BCD
【解析】
A.当磁场竖直向上时,安培力水平向左,根据平衡条件,导线不可能平衡。A错误;
B.当磁场竖直向下时,安培力水平向右,根据平衡条件,导线可能平衡。B正确;
C.当磁场水平向右时,安培力竖直向上,当安培力与重力平衡,导线平衡。C正确;
D.当磁场与悬线平行向下,安培力垂直悬线指向右上,导线可能平衡。D正确。
故选BCD。
14.BC
【解析】
A.直导线中的电流方向由M到N,根据安培定则,导线右侧区域磁感应强度方向向内,根据左手定则,ab边受向左的安培力,cd边受到向右的安培力,ad边受到向下的安培力,bc受到向上的安培力,方向全不同,A错误;
B.离MN越远的位置,磁感应强度越小,故根据安培力公式
ab边受到的安培力大于cd边,ad边受到的安培力等于bc受到的安培力,B正确;
C.ab边受向左的安培力,cd边受到向右的安培力,ad边受到向下的安培力,bc受到向上的安培力;ab边受到的安培力大于cd边,ad边受到的安培力等于bc受到的安培力;故合力向左,C正确;
D.cd所受安培力与线圈在同一平面内,对ab边的力矩为零,D错误。
故选BC。
15.顺时针
【解析】
当通电线圈受安培力作用绕轴顺时针转动(从上往下看),右侧导线受安培力垂直纸面向外,根据左手定则可以判断线框中电流方向为顺时针。
16. 收缩 收缩左移 扩张左移
【解析】
1套在正中间所以1所在位置磁场方向水平向右,根据左手定则可以判断导线受到的安培力指向磁铁,故磁铁对通电线圈1的作用力使线圈具有收缩趋势;磁铁外部磁场由N极指向S极,根据左手定则可以判断磁铁对通电线圈2的作用力使线圈具有收缩左移趋势;根据左手定则可以判断磁铁对通电线圈3的作用力使线圈具有扩张左移的趋势。
17.收缩右移
【解析】
根据右手定则可以判断,线圈1在2处产生磁场向右,根据左手定则可以判断,线圈2受安培力指向圆心方向,具有收缩趋势,同时,根据反向电流相互排斥可知,线圈2会右移,所以线圈2所受磁场力的情况为收缩右移。
18. 从上往下看逆时针转 增大
【解析】
长直通电导线在线框处磁场方向向右,根据左手定则判断,线框左侧受安培力方向垂直纸面向外,线框右侧受安培力方向垂直纸面向里,所以从上往下看线框逆时针转,当转过90度后,线框电流方向与导线电流方向相同,根据同向电流相互吸引可知,橡皮绳所受的拉力变大。
19.1.2T
【解析】
棒匀速运动,有
BI1l=μmg
棒匀加速运动时,有
BI2l-μmg=ma
联立解得
B==1.2T
20.FA=BILcosα;FB=BIL;;FD=2BIR;FE=0
【解析】
本题考查对安培力计算公式的正确理解,,为磁场在垂直导线电流方向的分量即为有效磁场。或者,其中为垂直于磁场方向的有效长度。
A图中
此时不能死记公式,而写成sinα,可理解公式本质是有效长度或有效磁场,要正确分解;
B图中,不论导线怎么放,也会在纸平面内,因此B⊥I,故
FB=BIL
C图是两根导线组成的折线abc,整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和,其有效长度为ac(即从a→c的电流)。故
D图是从a→b的半圆形电流,分析圆弧上对称的每一小段电流,受力抵消合并后,其有效长度为ab,则
FD=2BIR
E图中,用导线将abc接通形成闭合线圈,各导线受力的矢量和为零,故合力为零。所以,闭合的通电线圈受安培力为零,则
FE=0
21.(1);垂直斜面向上;(2),水平向左
【解析】
(1)棒在斜面上处于静止状态,故受力平衡。棒共受三个力作用:重力大小为mg,方向竖直向下;弹力垂直于斜面,大小随磁场力的变化而变化;磁场力始终与磁场方向及电流方向垂直,大小随磁场方向不同而改变,但由平衡条件知:斜面弹力与磁场力的合力必与重力mg等大反向,故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时,安培力最小
Fmin=mgsinα
所以
B=
由左手定则知:B的方向应垂直于斜面向上
(2)棒静止在斜面上,又对斜面无压力,则棒只受两个力作用,即竖直向下的重力mg和磁场力F,由平衡条件知
F=mg
且磁场力F竖直向上,所以
BIL=mg

B=
由左手定则知B的方向水平向左
22.7Ω
【解析】
MN受力分析如图所示
因MN平衡,所以有
mgsinθ=BILcosθ
由闭合电路欧姆定律得
I=
联立代入数据得
R1=7Ω
答案第1页,共2页
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