3.4 通电导线在磁场中受到的力—2020-2021学年高中物理选修3-1练习册

4　通电导线在磁场中受到的力
知识点一　安培力的方向
1.一根容易发生形变的弹性导线两端固定.导线中通有电流,方向竖直向上.当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右和垂直于纸面向外的匀强磁场时,如图L3-4-1所示描述导线状态的四个图示中正确的是
(　　)
A　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D
图L3-4-1
2.如图L3-4-2所示,在xOy平面中有一通电直导线与Ox、Oy轴相交,导线中电流方向如图所示.该区域有匀强磁场,通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同.该磁场的磁感应强度的方向可能是
(　　)
图L3-4-2
A.沿z轴正方向
B.沿z轴负方向
C.沿x轴正方向
D.沿y轴负方向
3.如图L3-4-3所示,把一根通电的硬直导线ab用绝缘轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间,导线a端所受安培力的方向是
(　　)
图L3-4-3
A.向上
B.向下
C.垂直于纸面向外
D.垂直于纸面向里
4.(多选)如图L3-4-4所示的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,当线圈两端a、b和导轨两端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(　　)
图L3-4-4
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
知识点二　安培力的大小
5.(多选)关于磁场对通电直导线的作用力的大小,下列说法中正确的是
(　　)
A.通电直导线跟磁场方向平行时作用力为零
B.通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大
C.作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角无关
D.通电直导线跟磁场方向斜交时肯定有作用力
6.有一段长0.2
m、通有2.5
A电流的直导线,关于该导线在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况,下列说法正确的是
(　　)
A.如果B=2
T,F一定是1
N
B.如果F=0,B也一定为零
C.如果B=4
T,F有可能是1
N
D.F有最大值时,通电导线一定与B平行
7.如图L3-4-5所示,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流为I,磁感应强度为B,求各导线所受到的安培力F的大小.
图L3-4-5
8.如图L3-4-6所示,导体棒MN中电流为I且垂直于磁场放置,磁感应强度为B0,AB与CD相距为d,则棒MN所受安培力大小为
(　　)
图L3-4-6
A.B0Id
B.B0Idsin
θ
C.
D.B0Idcos
θ
9.(多选)如图L3-4-7所示,通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内,ab边与MN平行.关于MN的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是
(　　)
图L3-4-7
A.线框有两条边所受到的安培力方向相同
B.线框有两条边所受的安培力大小相等
C.线框所受的安培力的合力方向向左
D.线框所受的安培力的合力方向向右
4　通电导线在磁场中受到的力
1.D　[解析]
用左手定则可判断出,A中导线所受安培力为零,B中导线所受安培力垂直于纸面向里,C、D中导线所受安培力向右,导线受力以后的弯曲方向应与受力方向一致,D正确,A、B、C错误.
2.D　[解析]
已知电流方向、受力方向,根据左手定则可判断,磁感应强度的方向沿y轴的负方向或者沿x轴的负方向都是可以的,故D正确.
3.D　[解析]
根据安培定则可知,开关闭合后,螺线管产生的磁场N极在右侧,根据左手定则可知,a端受到的磁场力方向应垂直于纸面向里,选项D正确.
4.BD　[解析]
若a接正极,b接负极,则电磁铁磁极间磁场方向向上,当e接正极,f接负极时,由左手定则可知,金属杆所受安培力向左,则L向左滑动,A错误;同理可判定B、D正确,C错误.
5.ABD　[解析]
安培力既垂直于通电导线,又垂直于磁场.当导线与磁场方向垂直时,安培力最大,当导线与磁场方向平行时,安培力为零,选项A、B正确,选项C错误;通电直导线跟磁场方向斜交时,可将磁场沿平行于导线方向和垂直于导线方向进行分解,垂直于导线方向的磁场为有效磁场,安培力不为零,选项D正确.
6.C　[解析]
当通电直导线与B垂直时,安培力最大为F=BIl,当通电直导线与B平行时,安培力最小为0,其他情况下07.见解析
[解析]
A图中,B⊥I,故F=BIL.
B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,其有效长度为线段ac,故F=BIL.
同理,C图中,导线的有效长度为线段ab,F=2BIR.
由对安培力的理解知D图中F=0.
8.C　[解析]
棒MN在磁场中的有效长度L=,则F=B0IL=,C正确.
9.BD　[解析]
由安培定则可知,导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外,再由左手定则判断出,bc边和ad边所受安培力大小相等,方向相反.ab边受到向右的安培力Fab,cd边受到向左的安培力Fcd.因ab处的磁场强,cd处的磁场弱,故Fab>Fcd,线框所受合力方向向右.