人教版高中物理选修3-1第三章第4节通电导线在磁场中受到力的作用 巩固练习

通电导线在磁场中受到力的作用巩固练习
一、单选题
如图，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是?
?
?
A.
磁铁对桌面的压力增大
B.
磁铁对桌面的压力减小
C.
磁铁对桌面的压力不变
D.
磁铁对桌面有摩擦力
如图所示，通电导线MN在纸面内从a位置绕其一端M转至b位置时，通电导线所受安培力的大小变化情况是
A.
变小
B.
不变
C.
变大
D.
不能确定
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接触，并使它组成如图所示的电路，当电键S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
如图所示，有一根直导线上通以恒定电流I，方向垂直指向纸内，且和匀强磁场B垂直，则在图中圆周上，磁感应强度最大的点是
A.
a点
B.
b点
C.
c点
D.
d点
两条导线互相垂直，如图所示，但相隔一段小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由活动，当直流电流按图方向通过两条导线时，导线CD将从纸外向纸内看
A.
顺时针方向转动，同时靠近导线AB
B.
逆时针方向转动，同时靠近导线AB
C.
逆时针方向转动，同时离开导线AB
D.
顺时针方向转动，同时离开导线AB
如图所示，在匀强磁场区域中有一光滑斜面体，在斜面体上放了一根长为L、质量为m的导线，当通以如图方向的电流后，导线恰好能保持静止，则磁感应强度B满足
A.
，方向竖直向上
B.
，方向垂直纸面向外
C.
，方向沿斜面向上
D.
，方向竖直向下
如图，在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面，当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上重力加速度为则
A.
磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向上
B.
磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向下
C.
磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向上
D.
磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向下
如图所示，用两根轻细金属丝将质量为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处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上，所需磁场的最小磁感应强度的大小、方向是
A.
，竖直向上
B.
，竖直向下
C.
，平行悬线向下
D.
，平行悬线向上
水平桌面上放条形磁铁，磁铁正中央上方吊着导线与磁铁垂直，导线中通入向纸内的电流，如图所示，则产生的情况是
A.
悬线上的拉力没有变化
B.
悬线上的拉力变大
C.
悬线上的拉力变小
D.
条形磁铁对桌面压力变大
一个可以自由运动的线圈和一个固定的线圈互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示．当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈将
A.
不动
B.
顺时针转动
C.
逆时针转动
D.
在纸面内平动
二、多选题
如图所示，水平长直导线MN中通有M到N方向的恒定电流，用两根轻质绝缘细线将矩形线圈abcd悬挂在其正下方．开始时线圈内不通电流，两根细线上的张力均为，当线圈中通过的电流为I时，两根细线上的张力均减小为下列说法正确的是
A.
线圈中通过的电流方向为
B.
线圈中通过的电流方向为
C.
当线圈中的电流变为时，两细线内的张力均为零
D.
当线圈中的电流变为时，两细线内的张力均为零
如图所示，光滑斜面上放置一个通电导体棒，施加磁场后导体棒以的加速度沿斜面向下运动，g为重力加速度，则以下四种情况中可能的是
A.
B.
C.
D.
如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度位于纸面内的细直导线，长，通有的恒定电流，当导线与成夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一个匀强磁场的磁感应强度的大小可能为?
?
A.
3T
B.
2T
C.
D.
1T
三、计算题
如图在倾角为的斜面上，水平固定一根20cm长的铜棒，将其两端用软导线与电源连接，铜棒中通有5A的电流，方向如图所示，如空间存在竖直向上的、磁感应强度为4T的匀强磁场，则铜棒受到的安培力的大小为多少？方向如何？
如图所示，轻绳绕过轻滑轮连接着边长为L的正方形导线框和物块，线框的电阻为R，质量为M，物块的质量为，两匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ的高度也为L，磁感应强度均为B，方向水平与线框垂直。线框ab边与磁场边界高度为h，开始时各段绳都处于伸直状态，把它们由静止释放，ab边刚穿过两磁场的分界线进入磁场Ⅱ时线框做匀速运动求：
边进入磁场Ⅰ时线框的速度；
边进入磁场Ⅱ后线框所受重力的功率P；
从ab边进入磁场Ⅱ到ab边穿出磁场Ⅱ的过程中，线框中产生的焦耳热Q．
质量为1kg的金属杆静止于相距1m的两水平轨道上，金属杆中通有方向如图所示．大小为20A的恒定电流，两轨道处于竖直方向的匀强磁场中．金属杆与轨道间的动摩擦因数为取
欲使杆向右匀速运动，求磁场的磁感应强度大小和方向
欲使杆向右以加速度为作匀加速运动，求磁场的磁感应强度大小．
答案和解析
1.B
在磁铁外部，磁感线从N极指向S极，长直导线在磁铁的中央上方，导线所在处磁场水平向左；导线电流垂直于纸面向外，由左手定则可知，导线受到的安培力竖直向下；由牛顿第三定律可知，导线对磁铁的作用力竖直向上，因此磁铁对桌面的压力减小，小于磁铁的重力。故AC错误，B正确；
D、因为导线处于磁铁正中央，磁铁受到的导线的磁场力竖直向上，因此磁铁对桌面没有运动趋势，故D错误。
2.B
从A转到B位置时，导线MN还是与磁场垂直，故F不变，故B正确，ACD错误；
3.C
解：当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程。
4.A
解：用安培定则判断通电直导线在abcd四个点上所产生的磁场方向，如图所示：
A、在a点，通电导线产生的磁场与匀强磁场的方向相同，叠加后磁感应强度数值最大。故A正确；BCD错误。
5.B
电流AB产生的磁场在其右侧方向垂直纸面向里，在其左侧垂直纸面向外，根据左手定则知，CD的右边部分所受的安培力方向向上，左边部分所受安培力方向向左，则CD导线逆时针方向转动。假设CD导线转过此时，两电流为同向电流，相互吸引。所以导线CD逆时针方向转动，同时靠近导线AB。故B正确，A、C、D错误。
6.D
解：A、磁场方向竖直向上时，由左手定则可知，安培力方向水平向右，则导线不可能平衡；故A错误；
B、磁场方向垂直纸面向外时，电流方向和磁场方向平行，导体棒不受安培力，不可能平衡；故B错误；
C、磁场方向沿斜面向上，由左手定则可知，安培力垂直于斜面向上，导体不可能平衡；故C错误；
D、磁场竖直向下时，安培力水平向左，导体棒还受到重力和支持力，根据平衡条件和安培力公式，有
解得
；故D正确；
7.B
根据共点力平衡知，导体棒受重力、支持力、安培力三个力平衡，因为磁场方向垂直于斜面，则安培力的方向沿斜面向上，根据左手定则知，磁场的方向垂直斜面向下。
根据平衡知，安培力，解得：，故ACD错误，B正确。
故选B。
8.D
对棒受力分析如图：为了使该棒仍然平衡在该位置上，
，得：，由左手定则知所加磁场的方向平行悬线向上，故D正确，ABC错误。
9.B
以导线为研究对象，导线所在位置的磁场方向水平向右，导线中电流方向向里，由左手定则可知，导线所受安培力的方向竖直向下，悬线拉力变大，故AC错误，B正确；
D.由牛顿第三定律得知，导线对磁铁的磁场力方向竖直向上，则磁铁对桌面的压力变小，故D错误。
10.B
解：由于的上半圈和的外半圈的电流方向都是从左向右相，则它们会互相吸引，
又由于是不动的，所以会向靠近，所以从左向右看，线圈将顺时针转动，所以B正确，ACD错误。
11.BC
当MN通以强度为I的电流时，两细线内的张力均减小为，知此时线框所受安培力合力方向竖直向上，则ab边所受的安培力的向上，cd边所受安培力方向向下，根据安培定则知线圈处磁场方向垂直纸面向里，则I方向为，故A错误，B正确；
当MN内不通电流时，根据线框处于平衡状态有；
当MN中通过电流为i时，在ab处的磁感应强度是，在cd处的磁感应强度是，线框中通电流为I时，根据题意可知：ab所受安培力为，cd所受安培力为，此时两细线内的张力均减小为，则有；
当绳子中的张力为零时，此时导线中的电流为，则有，其中，；
联立解得，故C正确，D错误。
12.AC
解：A、由左手定则可知，导体棒受到竖直向下的安培力作用，与重力的合力在斜面上的分量可能等于mg，所以导体棒可能以的加速度沿斜面向下运动。选项A正确。
B、此图中的导体棒受到的安培力水平向右，在斜面上的分量沿斜面向上，所以导体棒不可能以的加速度沿斜面向下运动，选项B错误。
C、此图中的导体棒受到的安培力方向沿斜面向下，导体棒受到的合力可能为mg，所以导体棒可能以的加速度沿斜面向下运动，选项C正确。
D、此图中的导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，导体棒受到的合力不可能为mg，所以导体棒不可能以的加速度沿斜面向下运动，选项D错误。
13.ABC
分析：当磁场方向与电流方向在同一直线上时，电流不受磁场力作用；
根据磁场的叠加原理，由平行四边形定则分析答题；
磁感应强度是矢量，矢量的合成与分解满足平行四边形定则，同时要注意安培力与磁场方向是垂直的；
解：通电导线所受磁场力为零，则电流方向与磁场方向平行，
说明该区域同时存在的另一匀强磁场，并且与的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向，
由三角形定则可知，当与合磁场通电导线垂直时，磁场最小，
则，故ABC正确，D错误；
14.解：铜棒所受的安培力为：．
根据左手定则知，安培力的方向水平向右．
15.解：线框进入磁场前的运动过程，应用系统机械能守恒得
得：
设ab边进入磁场Ⅱ时线框匀速运动的速度为，此时线框中产生的感应电动势大小为，感应电流为
线框的左右受到的安培力平衡，而上下两边所受的安培力的合力为，则得
根据平衡条件有
?
解得，
所以线框所受重力的功率P为：
从ab边进入磁场Ⅱ到ab边穿出磁场Ⅱ的过程中，线框做匀速直线运动，系统的重力势能减小转化为内能，由能量守恒定律得
??
16.解：杆向右匀速运动，说明杆受到的安培力是向右的，根据左手定则可以知道，磁场的方向竖直向上，大小和杆受到的摩擦力大小相等，
所以，
所以．
欲使杆向右以加速度为作匀加速运动，由牛顿第二定律可知
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