高中物理鲁科版选修3-1 练习 通电导线在磁场中受到的力Word版含解析

　通电导线在磁场中受到的力
/基础巩固
/1下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是(　　)
/
答案:C
/2(多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场,下列说法正确的是(　　)
A.该磁场的磁感应强度大小处处相等,方向相同
B.该磁场的磁感应强度的方向处处相同,大小不等
C.使线圈平面始终与磁感线平行
D.线圈所处位置的磁感应强度大小都相等
解析:本题主要考查磁电式电流表的原理,两磁极之间装有极靴,极靴中间又有一个铁质圆柱,极靴与铁质圆柱之间有一不大的缝隙,根据磁感线与磁极表面垂直的特点,磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙处就形成了辐向分布的磁场,这样做的目的就是让通电线圈所在处能有一个等大的磁场,并且磁感线始终与线圈平面平行,故正确选项为C、D。
答案:CD
/3一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,且两个圆线圈的圆心重合,当两线圈通有如图所示方向的电流时,则从左向右看,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
解析:两通电线圈间的互相作用结果是,有趋向于两电流方向一致的趋势。
答案:C
/4在如图所示的电路中,电池均相同,当开关S分别置于a、b两处时,导线MM'与NN'之间的安培力的大小为Fa、Fb,则这两段导线(　　)
/
A.相互吸引,Fa>Fb B.相互排斥,Fa>Fb
C.相互吸引,Fa解析:开关S置于a处时,一节电池供电;开关S置于b处时,两节电池供电;导线MM'与NN'之间的安培力Fa答案:D
/5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所受安培力大小为(　　)
/
A.F=BId
B.F=BIdsin θ
C.F=
??????
sin??
D.F=BIdcos θ
解析:MN与磁场方向垂直,并且MN的长度为
??
sin??
,所以F=ILB=
??????
sin??
。
答案:C
/6(多选)图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动。下列说法正确的是(　　)
/
A.若a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,则L向右滑动
B.若a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,则L向右滑动
C.若a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,则L向左滑动
D.若a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,则L向左滑动
解析:若a接正极,b接负极,根据安培定则,两磁极之间产生方向向上的磁场,e接正极,f接负极,用左手定则可判断L向左滑动,选项A错误、B正确;同理,若a接负极,b接正极,根据安培定则,两磁极之间产生方向向下的磁场,e接正极,f接负极,用左手定则可判断L向右滑动,选项C错误、D正确。
答案:BD
/7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。
/
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60°角)。
答案:(1)0　(2)0.02 N,水平向右　(3)0.02 N,与水平成60°角
/8一根长为0.2 m的金属棒放在倾角为θ=37°的光滑斜面上,并通以I=5 A的电流,方向如图所示。整个装置放在磁感应强度为B=0.6 T、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?
/
解析:以导体棒为研究对象,受力分析,将图用平面图形式画出,如图所示。
/
竖直方向上:FNcos θ=mg
水平方向上:FNsin θ=F
根据安培力公式有F=BIL
三式联立得
mg=
??????
tan??
=
0.6×5×0.2
tan37°
N=0.8 N。
答案:0.8 N
/能力提升
/1(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导线各自受到的安培力的大小总为ILB
答案:CD
/2如图所示,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abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)
/
A.方向沿纸面向上,大小为(
2
+1)??????
B.方向沿纸面向上,大小为(
2
?1)??????
C.方向沿纸面向下,大小为(
2
+1)??????
D.方向沿纸面向下,大小为(
2
?1)??????
解析:本题考查安培力的大小与方向的判断。该导线可以用a和d之间的直导线长为(
2
+1)??来等效代替,根据F=BIL,可知大小为(
2
+1)??????,方向根据左手定则判断,A正确。
答案:A
/3(多选)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,受到磁场力的大小可能是(　　)
A.0.4 N B.0.2 N C.0.1 N D.0
解析:据安培力的定义,当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时,磁场力有最大值为Fmax=BIL=0.5×2×0.2 N=0.2 N。
当两者方向平行时,磁场力有最小值为0。
随着二者方向夹角的不同,磁场力大小可能在0与0.2 N之间取值。
答案:BCD
/4★如图所示,把一重力不计、可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,当通以图示方向的电流时,导线的运动情况是(从上往下看)(　　)
/
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:根据如图甲所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况。将导线AB从N、S极的中间分成两段,AO、OB段所处的磁场方向如图甲所示,由左手定则可知AO段受安培力的方向垂直于纸面向外,OB段受安培力的方向垂直于纸面向里,可见从上向下看,导线AB将绕O点逆时针转动。再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况。如图乙所示,导线AB此时受安培力的方向竖直向下,导线将向下运动。综合上述由两个特殊位置的判断可知,当导线不在上述的特殊位置时,所受安培力使导线AB逆时针转动的同时还要向下运动,故选项C正确。
/
答案:C
★/5如图所示,台秤上放一光滑平板,其左端固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤的示数为FN1。现在磁铁上方中心偏右位置固定一通电导线,当通以如图所示电流后,台秤的示数为FN2,则下列说法中正确的是(　　)
/
A.FN1>FN2,弹簧长度将变长
B.FN1>FN2,弹簧长度将变短
C.FN1D.FN1解析:根据左手定则可以判定导线受到的安培力的方向向左偏下,由牛顿第三定律可知,磁铁受到电流的反作用力的方向向右偏上,电流对磁铁作用力的竖直分力使磁铁对台秤的压力减小,水平分力使弹簧弹力增大,弹簧长度增大,故选项A正确。
答案:A
/6如图所示,磁极间存在水平磁场,磁感应强度B为0.4 T。水平放置的导线AC与磁场方向垂直,导线每米的重力为1 N。导线恰好悬在空中平衡,试判断导线中的电流方向和大小。
/
解析:导线所受安培力竖直向上,且有G=F=BIL,I=
??
????
=2.5 A,由左手定则可知,电流方向是由C到A。
答案:由C到A　2.5 A
/7★如图所示,一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1 T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连,电路总电阻为2 Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量。
/
解析:依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下。
开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为Δl1=0.5 cm。由胡克定律和力的平衡条件得
2kΔl1=mg①
式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小。
开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为
F=IBL②
式中,I是回路电流,L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长了Δl2=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡条件得
2k(Δl1+Δl2)=mg+F③
由欧姆定律有
E=IR④
式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻。
联立①②③④式,并代入题给数据得
m=0.01 kg⑤
答案:开关闭合后金属棒所受安培力方向竖直向下　金属棒质量为0.01 kg