2016-2017学年高中物理鲁科版选修3-1学业分层测评：22探究磁场对电流的作用

学业分层测评(二十二)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．磁场中某处磁感应强度的大小，由B＝可知(　　)
A．B随IL的乘积的增大而减小
B．B随F的增大而增大
C．B与F成正比，与IL成反比
D．B与F及IL无关，由的比值确定
【解析】　磁场中某处的磁感应强度的大小仅由磁场本身决定．B＝为比值定义，B与F、I、L无关．
【答案】　D
2．在如图所示的四个图中，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是(　　)
【解析】　安培力的方向一定与直导线和磁场所决定的平面垂直，A、B均错误，由左手定则可判断C错误，D正确．
【答案】　D
3．一根长为0.2
m、电流为2
A的通电导线，放在磁感应强度为0.5
T的匀强磁场中，受到的安培力大小不可能是(　　)
A．0.4
N
B．0.2
N
C．0.1
N
D．0
【解析】　由安培力的公式F＝IlBsin
θ可知，安培力的大小与I和B的夹角有关．当θ＝90°时，F最大，Fmax＝IlB＝2×0.2×0.5
N＝0.2
N．当θ＝0°时，F最小，Fmin＝0，故F的大小范围是0≤F≤0.2
N，故B、C、D可能，A不可能．
【答案】　A
4．如图6 1 9所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)
图6 1 9
A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB
【解析】　导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad＝(＋1)L，故线段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝(＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．
【答案】　A
5．如图6 1 10所示，一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面，导线和金属环中的电流如图所示，那么金属环所受安培力(　　)
图6 1 10
A．沿圆环半径向里
B．等于零
C．沿圆环半径向外
D．水平向左
【解析】　据安培定则可以确定，直导线产生的磁场与金属环中电流平行，故金属环不受安培力，B对．
【答案】　B
6．如图6 1 11所示，两根相隔一定距离、相互垂直的异面直导线ab和cd，分别通有方向如图所示的电流，若通电导线ab固定不动，通电导线cd可以自由运动，则通电导线cd的运动情况是(　　)
图6 1 11
A．顺时针转动，同时靠近ab
B．顺时针转动，同时远离ab
C．逆时针转动，同时靠近ab
D．逆时针转动，同时远离ab
【解析】　由安培定则知通电导线ab的磁场在ab之上垂直纸面向外，在ab之下垂直纸面向里，根据左手定则，通电导线cd上半部分所受安培力向右，下半部分所受安培力向左，故cd将顺时针转动．因cd顺时针转动，其电流方向趋于和ab的电流方向一致，根据同向电流互相吸引，故cd同时靠近ab.
【答案】　A
7．将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图6 1 12所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看(　　)
图6 1 12
A．圆环顺时针转动，靠近磁铁
B．圆环顺时针转动，远离磁铁
C．圆环逆时针转动，靠近磁铁
D．圆环逆时针转动，远离磁铁
【解析】　该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相互排斥，异极相互吸引，可得C项正确．
【答案】　C
8．将长度为20
cm、通有0.1
A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图6 1 13所示，已知磁感应强度为1
T．试求下列各图中导线所受安培力的大小和方向．
图6 1 13
【解析】　由公式F＝IBLsin
θ得：
(1)中F1＝0.
(2)中F2＝IBL＝0.02
N，方向水平向右．
(3)中F3＝IBL＝0.02
N，方向垂直导线方向斜向上方(与水平成120°角)．
【答案】　(1)0　(2)0.02
N，水平向右　(3)0.02
N，与水平方向成120°角斜向左上方
[能力提升]
9．(多选)如图6 1 14所示，质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨宽为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，下图是它的四个侧视图，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是(　　)
图6 1 14
【解析】　因杆ab静止在导轨上，所受合力为零，若杆ab所受的支持力和磁场对ab的安培力以及杆ab所受的重力的合力为零，或杆ab所受重力与所受安培力的合力为零，则ab杆与导轨之间的摩擦力就为零，对A、B、C、D四个图中杆ab进行受力分析知，选项A、B图中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零．
【答案】　AB
10．如图6 1 15所示，水平桌面上放置一根条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直．当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出(　　)
图6 1 15
A．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小
B．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小
C．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大
D．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大
【解析】　如图所示，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定则可知，直导线受向下的安培力，由于力的作用是相互的，因此条形磁铁受向上的作用力．故A正确．
【答案】　A
11．如图6 1 16所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)(　　)
图6 1 16
A．顺时针方向转动，同时下降
B．顺时针方向转动，同时上升
C．逆时针方向转动，同时下降
D．逆时针方向转动，同时上升
【解析】　如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分，中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力．左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则其受力方向向外．右端一段所在处的磁场方向斜向下，受力方向向里．当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将边逆时针方向转动边向下运动，C选项正确．
【答案】　C
12．如图6 1 17所示，一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨平行且间距为l，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，当导体棒中通一自右向左的电流I时，导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上，取sin
37°＝0.6，cos
37°＝0.8，求：
图6 1 17
(1)磁场的磁感应强度B；
(2)每个圆形导轨对导体棒的支持力大小N.
【解析】　导体棒的受力如图(自右向左看)．
因导体棒静止，满足条件
tan
37°＝
F＝BIl
cos
37°＝
联立以上三式，得
(1)B＝.
(2)N＝mg.
【答案】　(1)　(2)mg