人教版高二物理选修3-1第三章　磁场 3.4通电导线在磁场中受到的力巩固作业 word版含解析答案

人教版选修3-1第三章　磁场通电导线在磁场中受到的力巩固作业
一、选择题
1.一根劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态,当弹簧通以电流时,弹簧将(　　)
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　
A.保持原长
B.收缩
C.伸长
D.不能确定
2.如图所示四种情况中,匀强磁场磁感应强度大小相等,载流导体长度相同,通过的电流也相同,导体受到的磁场力最大,且方向沿着纸面的情况是(　　)
A.甲、乙
B.甲、丙
C.乙、丁
D.乙、丙
3.如图所示,矩形abcd线框与竖直放置的长直导线MN在同一竖直平面内,ab边与MN平行,MN和线框中通有的电流分别是I和I',则MN受到的安培力的方向为(　　)
A.水平向右
B.水平向左
C.竖直向上
D.竖直向下
4.如图所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小和方向(平行于纸面)为(　　)
A.BIl　竖直向下
B.BIl　竖直向上
C.2BIl　竖直向下
D.2BIl　竖直向上
5.
(多选)如图所示,在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c,各导线中的电流大小相同,其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外,b导线中电流方向垂直纸面向里,每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用,则关于每根导线所受安培力的合力,以下说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.导线a所受合力方向水平向右
B.导线c所受合力方向水平向右
C.导线c所受合力方向水平向左
D.导线b所受合力为零
6.如图所示,在倾角为α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。当导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,可将导体棒置于匀强磁场中,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针转至水平向左的过程中,关于B的大小的变化,说法正确的是(　　)
A.逐渐增大
B.逐渐减小
C.先减小后增大
D.先增大后减小
7.一个半径为R的均匀导电金属圆环放置在粗糙的水平绝缘桌面上,现加上一方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场,如图所示(俯视图)。将金属圆环接入电路中,干路电流为I,接入点a、b是圆环直径上的两个端点。金属圆环始终处于静止状态,则(　　)
A.当电流为I时,金属圆环上半部分受到的安培力大小为πBIR
B.当电流为I时,金属圆环受到的安培力大小为BIR
C.增大干路电流,金属圆环对桌面的压力增大
D.增大干路电流,金属圆环对桌面的摩擦力增大
8.两条直导线互相垂直,如图所示,但相隔一小段距离,其中一条导线AB是固定的,另一条导线CD能自由转动。当电流按如图所示方向通入两条导线时,CD导线将　(　　)
A.顺时针方向转动,同时靠近导线AB
B.顺时针方向转动,同时离开导线AB
C.逆时针方向转动,同时离开导线AB
D.逆时针方向转动,同时靠近导线AB
9.(多选)用细绳悬挂一矩形导线框,导线框通有逆时针方向的电流(从右侧观察)。在导线框的正下方、垂直于导线框平面有一直导线PQ,开始时PQ中无电流,现通以水平向右的电流,在短时间内(　　)
A.从上往下观察导线框顺时针转动
B.从上往下观察导线框向右平移
C.细绳受力会变得比导线框重力大
D.导线框中心的磁感应强度变大
二、非选择题
10.如图所示,在光滑的水平面上放一半径为R的导体环,磁感应强度为B的匀强磁场垂直环面向里,当环中通有恒定电流I时,求导体环横截面的张力大小。
11.如图所示,铜棒ab长L2=0.1
m、质量m=6×10-2
kg,两端与长为L1=1
m的轻铜线相连静止于竖直平面内。整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5
T,现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒发生摆动,已知最大偏角为37°。求:(不计空气阻力,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8,g=10
m/s2)
(1)在此过程中铜棒的重力势能增加了多少?
(2)通电电流的大小为多大?
12.如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离L=0.5
m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2
T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1
kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重力G=3
N
的物块相连。已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),电源的电动势E=10
V、内阻r=0.1
Ω,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计。要想ab棒处于静止状态,R应在哪个范围内取值?(g取10
m/s2)
答案
一、选择题
1.B　弹簧通电时,同向电流相吸,使得弹簧缩短,故B正确。
2.C　对于甲图,磁场力F=BIL
cos
30°,方向垂直纸面向里;对于乙图,磁场力F=BIL,方向沿纸面向下;对于丙图,磁场力F=0;对于丁图,磁场力F=BIL,方向垂直导体沿纸面斜向上。故选C。
3.A　线框中的电流为顺时针方向,根据安培定则知:线框内部磁感应强度垂直纸面向里,线框外部磁感应强度垂直纸面向外,根据左手定则可判定导线MN所受安培力水平向右,故A正确,B、C、D错误。
4.B　导线在磁场内有效长度为2l
sin
30°=l,故该V形通电导线受到安培力大小为F=BI·2l
sin
30°=BIl,由左手定则可得方向竖直向上,则选项B正确。
5.BD　由安培定则确定电流磁场方向,再由磁场的叠加判定a、b、c处合磁场方向,由左手定则可得出导线a受合力方向向左,导线c受合力方向向右,导线b受安培力合力为零,故选B、D。
6.C　导体棒受三个力的作用,安培力F的大小变化从图中即可看出是先减小后增大,由F=BIL知,B的大小应是先减小后增大,只有C项正确。
7.D　acb段与adb段圆弧的电流方向均向右,由电路知识知,其电流大小为I,acb段圆弧所受的安培力为:F=B·I·L,L是指导线首尾相连的线段的长度,故acb段受的安培力F=B·I·2R=BIR,由左手定则知,方向向下;同理可得adb段圆弧受的安培力大小为BIR,方向向下,金属圆环受到的安培力为两段圆弧的合力,故金属圆环受到的安培力为2BIR,故A、B错误;增大干路电流,安培力增大,和安培力平衡的摩擦力增大,在竖直方向上重力和支持力仍然平衡,所以圆环对桌面的压力不变,故C错误,D正确。
8.D　根据电流方向相同时导线相互吸引,相反时相互排斥,可知CD导线将逆时针方向转动,同时靠近导线AB,所以D正确。
9.ACD　由安培定则判断出通电导线PQ在线框处的磁场方向从里向外,根据左手定则知,外侧电流受安培力向左,内侧电流受安培力向右,从上往下看,导线框将顺时针转动,故A正确,B错误。线框沿顺时针方向转动一个小角度后,靠近导线PQ边的电流方向向右,由左手定则可知,其受到的安培力的方向向下,故细绳受力会变得比导线框重力大,故C正确;线框沿顺时针方向转动一个小角度后,导线PQ中电流产生的磁场方向从里向外穿过线框,根据安培定则,导线框中电流产生的磁场的方向也是从里向外穿过线框,则线框中心的磁感应强度变大,故D正确。
二、非选择题
10.答案　IRB
解析　导体环上任一点受安培力的方向总背离圆心,安培力的合力为零,但导体环横截面上任一点的张力并不为零,为求张力,可将环分割,使内力(张力)变为外力。
将导体环一分为二,半圆环的有效长度为直径2R,F安=BI·2R。
设张力大小为F,如图所示,
由平衡条件知:2F=2IRB。
故所求张力的大小为F=IRB。
11.答案　(1)0.12
J　(2)4
A
解析　(1)重力势能增加量
ΔEp=mgL1(1-cos37°)=0.12
J
(2)摆动至最大偏角时v=0
有:-mgL1(1-cos
37°)+F安L1
sin
37°=0
F安=BIL2得I=4
A
12.答案　1.9
Ω≤R≤9.9
Ω
解析　ab棒恰不右滑时G-μmg-BI1L=0
ab棒恰不左滑时G+μmg-BI2L=0
依据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R1+r)　E=I2(R2+r)
联立以上各式代入数据可解得R1=9.9
Ω,R2=1.9
Ω
所以R的取值范围为1.9
Ω≤R≤9.9
Ω。