高中物理 3.4通电导线在磁场中受到的力达标基训 新人教版选修31.doc

高中物理 3.4通电导线在磁场中受到的力达标基训 新人教版选修3-1(时间：60分钟)知识点一安培力的大小和方向1一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如下图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()解析a图中i与b平行应不受安培力，故a错误，由左手定则知b、c错误，d正确答案d2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3415所示已知磁感应强度为1 t，试求出下列各图中导线所受安培力的大小图3415解析由安培力的计算公式得：甲图中因导线与磁感线平行，所以安培力为零；乙图中安培力的大小filb0.10.21 n0.02 n；丙图中安培力的大小filb0.02 n.答案00.02 n0.02 n图34163通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线mn在同一平面内，电流方向如图3416所示，ab边与mn平行关于mn的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是()a线框有两条边所受的安培力方向相同b线框有两条边所受的安培力大小相同c线框所受安培力的合力向左d线框将绕mn转动解析通电矩形线框abcd在无限长直通电导线形成的磁场中，受到磁场力的作用，对于ad边和bc边，所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad边、bc边受磁场力(安培力)大小相同，方向相反，即ad边和bc边受合力为零而对于ab和cd两条边，由于在磁场中，离长直导线的位置不同，ab边近而且由左手定则判断受力向左，cd边远而且由左手定则判断受力向右，所以ab边、cd边受合力方向向左，故b、c选项正确答案bc知识点二安培力作用下导体的运动与平衡图341741982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆ef的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)如图3417所示，若轨道宽为2 m，长为100 m，通过的电流为10 a，试问轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场的最大功率有多大(轨道摩擦不计)?解析由运动学公式求出加速度a，由牛顿第二定律和安培力公式联立求出b.据2axvv得炮弹的加速度大小为a m/s25105 m/s2.据牛顿第二定律fma得炮弹所受的安培力fma2.21035105 n1.1103 n，而fbil，所以b t55 t.据pfv得，pmaxfv1.110310103 w1.1107 w.答案55 t1.1107 w图34185如图3418所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流i时，调节两盘中的砝码，使天平平衡然后使电流i反向，这时要在天平的左盘上加质量为2102 kg的砝码，才能使天平重新平衡求磁场对bc边作用力的大小若已知矩形线圈共10匝，通入的电流i0.1 a，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度(g取10 m/s2)解析根据fbil可知，电流反向前后，磁场对bc边的作用力大小相等，设为f，但由左手定则可知它们的方向是相反的电流反向前，磁场对bc边的作用力向上，电流反向后，磁场对bc边的作用力向下因而有2f210210 n0.2 n，所以f0.1 n，即磁场对bc边的作用力大小是0.1 n因为磁场对电流的作用力fnbil，故b t1 t.答案0.1 n1 t图34196质量为m的导体棒mn静止于宽度为l的水平导轨上，通过mn的电流为i，匀强磁场的磁感应强度为b，方向与导轨平面成角斜向下，如图3419所示，求mn所受的支持力和摩擦力的大小解析导体棒mn处于平衡状态，注意题中磁场方向与mn是垂直的，作出其侧视图，对mn进行受力分析，如图所示由平衡条件有：fffsin ，fnfcos mg，其中filb解得：fnilbcos mg，ffilbsin .答案ilbcos mgilbsin 7如图3420所示电路中，电池均相同，当电键s分别置于a、b两处时，导致mm与nn之间的安培力的大小分别为fa、fb，可判断这两段导线()图3420a相互吸引，fafb b相互排斥，fafbc相互吸引，fafb d相互排斥，fafb解析电键s闭合后，mm、nn中产生平行反向电流，据安培定则和左手定则可知，两导线相互排斥，a、c错电键s置于b处时，两段导线中的电流较大，导线产生较强的磁场，对另一导线产生较大的安培斥力，即fafb，故b错、d对答案d图34218如图3421所示，在磁感应强度b1 t的匀强磁场中，用两根细线悬挂长l10 cm、质量m5 g的金属杆在金属杆中通以稳恒电流，使悬线受的拉力为零(1)求金属杆中电流的大小和方向；(2)若每根悬线所受的拉力为0.1 n，求金属杆中的电流的大小和方向(g10 m/s2)解析(1)因为悬线受的拉力为零，所受安培力方向向上f安bilmg，解得：i0.5 a，方向水平向右(2)金属导线在重力mg、悬线拉力2f和安培力bil的作用下平衡，所以有：mgbil2f，解得：i1.5 a方向水平向左答案(1)0.5 a方向水平向右(2)1.5 a方向水平向左图34229如图3422所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为b，方向与线框平面垂直，在图中垂直于纸面向里，线框中通以电流i，方向如图所示，开始时线框处于平衡状态现令磁场反向，磁感应强度的大小仍为b，线框达到新的平衡，在此过程中线框位移的大小x为多少？方向如何？解析两种情况下安培力方向相反，大小均为f安nbil，则弹簧弹力的改变量为fkx2nbil，所以x.开始时安培力向上，后来安培力向下，所以线框位移方向向下答案方向向下图342310如图3423所示，水平放置的两导轨p、q间的距离l0.5 m，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度b2 t，垂直于导轨放置的ab棒的质量m1 kg，系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量g3 n的物块相连已知ab棒与导轨间的动摩擦因数0.2，电源的电动势e10 v、内阻r0.1 ，导轨的电阻及ab棒的电阻均不计要想ab棒处于静止状态，电阻r应在哪个范围内取值？(g取10 m/s2)解析