第1节探究磁场对电流的作用

高中人教版物理选修高中人教版物理选修 3 1 第三章第三章 第四节第四节 通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力 同步测试同步测试 一 单选题 共一 单选题 共 13 题 共题 共 26 分 分 1 如图所示 倾斜导轨宽为 L 与水平面成 角 处在方向竖直向上 磁感应强度为 B 的匀强磁场中 金 属杆 ab 水平放在导轨上 当回路电流强度为 I 时 金属杆 ab 所受安培力 F A 方向垂直 ab 杆沿斜面向上 B 方向垂直 ab 杆水平向右 C F BILcos D F BILsin 2 在如图所示的匀强磁场中 已经标出了电流 I 和磁场 B 以及磁场对电流作用力 F 三者的方向 其中错误 的是 A B C D 3 如图所示 一通电直线竖直放置 其右侧 A B 两点的磁感应强度分别为 BA和 BB 则 A BA BB 方向均垂直纸面向里 B BA BB 方向均垂直纸面向里 C BA BB 方向均垂直纸面向外 D BA BB 方向均垂直纸面向外 4 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与两条导线时 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 5 如图所示 在 用 DIS 研究通电螺线管的磁感应强度 的实验中 M N 是通电螺线管轴线上的两点 且 这两点到螺线管中心的距离相等 用磁传感器测量轴线上 M N 之间各点的磁感应强度 B 的大小 并将 磁传感器顶端与 M 点的距离记作 x 如果实验操作正确 得到的 B x 图象应为图中的 A B C D 6 图中 B 表示磁感强度 I 表示通电长直导线中的电流 F 表示磁场对导线的作用力 它们三者的方向间 的关系 正确的是 A B C D 7 下列关于磁场的说法中正确的是 A 磁场和电场一样 是客观存在的特殊物质 B 磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的 C 磁极与磁极之间是直接发生作用的 D 磁场只有在磁极与磁极 磁极与电流发生作用时才产生 8 关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场作用力的方向 正确的是 A 跟磁场方向垂直 跟电流方向平行 B 跟电流方向垂直 跟磁场方向平行 C 既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直 D 既不跟磁场方向垂直 又不跟电流方向垂直 9 关于磁感线的下列说法中 正确的是 A 磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线 B 磁感线上任一点的切线方向 都跟该点磁场的方向相同 C 磁铁的磁感线从磁铁的北极出发 终止于磁铁的南极 D 磁感线有可能出现相交的情况 10 在等边三角形的三个顶点 a b c 处 各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定 电流 方向如图 过 c 点的导线所受安培力的方向 A 与 ab 边平行 竖直向上 B 与 ab 边平行 竖直向下 C 与 ab 边垂直 指向左边 D 与 ab 边垂直 指向右边 11 关于磁感应强度 下列说法中正确的是 A 由 可知 B 与 F 成正比 与 IL 成反比 B 通电导线放在磁场中的某点 那点就有磁感应强度 如果将通电导线拿走 那点的磁感应强度就为零 C 通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场 即 B 0 D 磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定 其大小和方向是唯一确定的 与通电导线无关 12 关于磁感应强度 B 下列说法中正确的是 A 在磁场中磁感线越密集的地方 B 值越大 B 磁场中某点 B 的方向 跟放在该点的试探电流元所受的磁场力方向一致 C 在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时 该点 B 值大小为零 D 磁场中某点 B 的大小 跟放在该点的试探电流元的情况有关 13 磁场具有能量 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度 其值为 式中 B 是磁感应强度 是磁导率 在空气中 为一已知常数 以通电螺线管 带有铁芯 为例 将衔铁吸附在通电螺线管的一 端 若将衔铁缓慢拉动一小段距离 d 拉力所做的功就等于间隙 d 中磁场的能量 为了近似测得条形磁 铁磁极端面附近的磁感应强度 B 某研究性学习小组用一根端面面积为 A 的条形磁铁吸住一相同面积的 铁片 P 再用力缓慢将铁片与磁铁拉开一段微小距离 L 并测出拉力大小为 F 如图所示 由此可以估 算出该条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度 B 为 A B C D 二 多选题 共二 多选题 共 4 题 共题 共 12 分 分 14 如图所示 空间存在两个磁场 磁感应强度大小均为 B 方向相反且垂直纸面 MN PQ 为其边界 OO 为其对称轴一导线折成边长为 l 的正方形闭合回路 abcd 回路在纸面内以恒定速度 v0向右运动 当运 动到关于 OO 对称的位置时 A 穿过回路的磁通量为零 B 回路中感应电动势大小为 2Blv0 C 回路中感应电流的方向为顺时针方向 D 回路中 ab 边与 cd 边所受安培力方向相同 15 如图所示 两金属导轨倾斜放置 匀强磁场垂直导轨平面向上 导轨左端连接电源 滑动变阻器 在 导轨上垂直导轨放置一金属棒 开关闭合后金属棒静止 当滑动变阻器的滑片 P 由左端向右端滑动时 金属棒仍保持静止 在此过程中金属棒所受摩擦力 A 一定减小 B 可能一直增大 C 可能先减小后增大 D 可能先增大后减小 16 如图所示 直导线处于足够大的匀强磁场中 与磁感线成 30 角 导线中通过的电流为 I 为了增大导 线所受的磁场力 采取了下列四种办法 其中正确的是 A 增大电流 I B 增加直导线的长度 C 使导线在纸面内顺时针转 30 D 使导线在纸面内逆时针转 60 17 如图所示 直导线处于足够大的磁场中 与磁感线成 30 角 导线中通过的电流为 I 为了增大导线 所受的安培力 可采取的办法是 A 增大电流 I B 增加直导线的长度 C 使导线在纸面内顺时针转 30 角 D 使导线在纸面内顺时针转 45 角 三 综合题 共三 综合题 共 2 题 共题 共 35 分 分 18 如图所示 两平行金属导轨间的距离 L 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在 平面内 分布着磁感应强度 B 0 50T 方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势 E 4 5V 内阻 r 0 50 的直流电源 现把一个质量 m 0 040kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上 导体棒恰好 静止 导体棒与金属导轨垂直 且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R0 2 5 金属导轨 电阻不计 g 取 10m s2 已知 sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力 3 导体棒受到的摩擦力 4 若将磁场方向改为竖直向上 要使金属杆继续保持静止 且不受摩擦力左右 求此时磁场磁感应强 度 B1的大小 19 如图 1 所示 两根足够长的直金属导轨 MN PQ 平行放置在倾角为 的绝缘斜面上 两导轨间距为 L M P 两点间接有阻值为 R 的电阻 一根质量为 m 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上 并与导轨垂直 整套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中 磁场方向垂直斜面向下 导轨和金属杆的电阻可忽略 让 ab 杆沿导轨由静止开始下滑 导轨和金属杆接触良好 不计它们之间的摩擦 1 由 b 向 a 方向看到的装置如图 2 所示 请在此图中画出 ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图 2 在加速下滑过程中 当 ab 杆的速度大小为 v 时 求此时 ab 杆中的电流及其加速度的大小 3 求在下滑过程中 ab 杆可以达到的速度最大值 答案解析部分答案解析部分 一 单选题 1 答案 B 解析 解答 解 AB 导体棒中电流方向为 b a 由左手定则判断可知 导体棒 ab 受到安培力的 方向为垂直于杆方向水平向右 故 A 错误 B 正确 CD 导体棒 ab 受到安培力的大小为 F BIL 故 CD 均错误 故选 B 分析 导体棒垂直处在匀强磁场中 当电流 I 0 5A 根据安培力公式 F BIL 求解安培力的大小 根据左手定则判断安培力的方向 2 答案 C 解析 解答 解 根据左手定则可知 ABCD 三图中电流 磁场 安培力方向均和左手定则中要求 方向一致 故正确 C 图中电流和磁场方向一致 不受安培力 故 C 错误 本题选错误的 故选 C 分析 正确应用左手定则即可判断出磁场 电流 安培力三者之间的关系即可解答本题 应用时注意 安培力产生条件 3 答案 A 解析 解答 解 利用安培定则可以判断出通电直导线周围的磁场线分布情况 如图中电流方向向 上 则右侧磁场垂直纸面向里 且越靠近导线的 磁场越强 故 BCD 错误 A 正确 故选 A 分析 正确利用安培定则直接判断通电直导线周围磁场方向 并由越靠近导线的 磁场越强 即可求 解 4 答案 B 解析 解答 解 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 90 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 故选 B 分析 电流 CD 处于电流 AB 产生的磁场中 在 CD 左右两边各取一小电流元 根据左手定则判断其安 培力的方向 从而判断其运动 当 CD 导线转过 90 后 看两电流是同向电流还是异向电流 同向电流相 互吸引 异向电流相互排斥 5 答案 C 解析 解答 解 从外部逐渐靠近螺线管两端时 磁场逐渐增强 在螺线管内部 磁场基本上是匀 强磁场 磁感应强度大于螺线管端点的磁感应强度 螺线管的磁场关于中点对称 由图示可知 图象 C 正确 故选 C 分析 从外部逐渐靠近螺线管两端时 磁场逐渐增强 在螺线管内部 磁场基本上是匀强磁场 磁感 应强度大于螺线管端点的磁感应强度 螺线管的磁场关于中点对称 分析各图示 找出符合螺线管实际 的图象 通电螺线管的磁场是由电流产生的 知道螺线管的磁场分布是正确解题的关键 6 答案 A 解析 解答 解 A 由左手定则可知 电流所受安培力竖直向上 磁感强度 电流 安培力三者间 的方向关系正确 故 A 正确 B 根据图示由左手定则可知 安培力水平向左 图示磁感强度 电流 安培力三者间的方向关系错误 故 B 错误 C 根据图示由左手定则可知 安培力竖直向下 图示磁感强度 电流 安培力三者间的方向关系错误 故 C 错误 D 根据图示由左手定则可知 安培力水平向左 图示磁感强度 电流 安培力三者间的方向关系错误 故 D 错误 故选 A 分析 根据图示电流 磁场 力的方向 应用左手定则分析答题 7 答案 A 解析 解答 解 A 磁场和电场一样 是客观存在的特殊物质 故 A 正确 B 磁场是客观存在的特殊物质 故 B 错误 C 磁极与磁极间是通过磁场发生作用的 故 C 错误 D 磁场是磁体及电流周围产生的 即使没有相互作用 磁场仍然存在 故 D 错误 故选 A 分析 磁场和电场一样 是客观存在的特殊物质 磁感线是为了研究磁场方便而人为加上去的 磁极 与磁极间是通过磁场发生作用的 8 答案 C 解析 分析 根据左手定则的内容 知与磁场方向垂直的通电直导线 它受到的磁场作用力与电流 方向垂直 与磁场方向垂直 C 正确 点评 本题的关键掌握左手定则判定安培力的方向 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并且与手掌 在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指的方向就是安培力的 方向 9 答案 B 解析 分析 磁感线是人工模拟出来的 不是实际存在的 A 错误 磁感线的切线方向和磁场方向 相同 B 正确 磁铁外部的磁感线从磁铁的北极出发 到达磁铁的南极 在内部磁感线从南极出发到达 北极 形成闭合的曲线 C 错误 磁感线不能相交 如果相交 交点处会出现两个方向 与实际不符 D 错误 点评 磁感线是人假想出来的 疏密程度表示磁场感应强度大小 切线方向表示磁场方向 10 答案 C 解析 解答 解 等边三角形的三个顶点 a b c 处均有一通电导线 且导线中通有大小相等的恒定 电流 由安培定则可得 导线 a b 的电流在 c 处的合磁场方向竖直向下 再由左手定则可得 安培力的方向是与 ab 边垂直 指向左边 故选 C 分析 通电导线在磁场中受到安培力 方向是由左手定则可确定 而通电导线与通电导线间的安培力 由通电导线周围存在磁场是由安培定则来确定 则对放入其中的通电导线有安培力作用 从而由安培力 的叠加可确定其方向 从题中可得这一规律 通电导线的电流方向相同时 则两导线相互吸引 当通电 导线的电流方向相反时 则两导线相互排斥 11 答案 D 解析 解答 解 A 由磁感应强度的定义式 B 可知 是属于比值定义的 B 与 F IL 均没有 关系 故 A 错误 B 通电导线放在磁场中的某点 那点就有可能存在安培力 如果将通电导线拿走 那点安培力不存在 但该点的磁感应强度仍存在 故 B 错误 C 同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同 受到放置的角度限制 公式满足条件是 导线垂直放置在磁场中 若此处的磁感应强度为零 则通电导线放在该处所受安培力一定为零 故 C 错 误 D 磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定 其大小和方向是唯一确定的 与通电导线没有关系 当 通电导线不放入磁场中 则一定没有磁场力 但该处的磁感应强度仍然存在 故 D 正确 故选 D 分析 在磁场中磁感应强度有强弱 则由磁感应强度来描述强弱 将通电导线垂直放入匀强磁场中 即确保电流方向与磁场方向相互垂直 则所受的磁场力与通电导线的电流与长度乘积之比 12 答案 A 解析 解答 解 A 磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 故 A 正确 B 由安培力公式 F BIL 得 B 可知 磁场中某点 B 的大小 跟放在该点的试探电流元的情况及 安培力大小无关 故 BD 错误 C 当通电导线与磁场平行放置时 没有安培力 但不能肯定此处没有磁感应强度 故 C 错误 故选 A 分析 磁感应强度是描述磁场强弱的物理量 通过电流元垂直放置于磁场中所受磁场力与电流元的比 值来定义磁感应强度 比值与磁场力及电流元均无关 电流元所受磁场力是由左手定则来确定 并根据 磁感线的疏密来表示磁场的强弱 13 答案 D 解析 解答 解 由题意 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度 其值为 条形磁铁与铁片 P 之间的磁场具有的能量等于拉力 F 做的功 故有 E F L 量密度为磁场中单位体积所具有的能量 故有 由 可解得 B 故选 D 分析 由于拉力 F 所作的功等于间隙中磁场的能量 能量密度为磁场中单位体积所具有的能量 故用 能量除以体积就可以列出关系式求出磁感强度 B 与 F A 之间的关系 二 多选题 14 答案 A B D 解析 解答 解 A 此时线圈中有一半面积磁场垂直线圈向外 一半面积磁场垂直线圈向内 因此 磁通量为零 故 A 正确 B ab 切割磁感线形成电动势 b 端为正 cd 切割形成电动势 c 端为负 因此两电动势串联 故回路电动 势为 E 2BLv0 故 B 正确 C 根据右手定则可知线框向右运动的过程中 ab 中的感应电动势的方向向下 cd 中的感应电动势的方 向向上 所以回路中的感应电流方向为逆时针 故 C 错误 D 根据左手定则可知 回路中 ab 边电流的方向向下 磁场的方向向外 所以安培力的方向向左 同理 cd 边电流的方向向上 磁场的方向向里 所受安培力方向向左 方向相同 故 D 正确 故选 ABD 分析 根据磁通量的定义可以判断此时磁通量的大小 如图所示时刻 有两根导线切割磁感线 根据 右手定则可判断两根导线切割磁感线产生电动势的方向 求出回路中的总电动势 然后即可求出回路中 的电流和安培力变化情况 15 答案 B C 解析 解答 解 当滑动变阻器的滑片 p 由左端向右端滑动时 变阻器在路电阻减小 电路中电流 增大 金属棒所受的安培力增大 变阻器滑片移动之前 若金属棒的重力沿斜面向下的分力等于安培力 金属棒不受静摩擦力 当安培力增大时 金属棒将向上 运动趋势 受到沿斜面向下的静摩擦力 静摩擦力增大 若金属棒的重力沿斜面向下的分力小于安培力 金属棒所受静摩擦力沿斜面向下 当安培力增大时 根 据平衡条件得知 静摩擦力增大 若金属棒的重力沿斜面向下的分力大于安培力 金属棒所受静摩擦力沿斜面向上 当安培力增大时 根 据平衡条件得知 静摩擦力或能一直减小 也可能先减小后反向增大 故 BC 正确 AD 错误 故选 BC 分析 金属棒保持静止 先分析原来所受的静摩擦力可能的方向 当滑动变阻器的滑片 p 由左端向右 端滑动时 变阻器在路电阻减小 电路中电流增大 金属棒所受的安培力增大 再根据平衡条件分析静 摩擦力的变化情况 16 答案 A B D 解析 解答 解 A 由公式 F BIL 当增大电流时 可增大通电导线所受的磁场力 故 A 正确 B 由公式 F BIL 当增加直导线的长度时 可增大通电导线所受的磁场力 故 B 正确 C 当使导线在纸面内顺时针转 30 时 导线有效切割长度缩短 则所受磁场力变小 故 C 错误 D 当使导线在纸面内逆时针转 60 时 导线有效切割长度伸长 则所受磁场力变大 故 D 正确 故选 ABD 分析 根据左手定则的内容 判定安培力的方向 左手定则的内容是 伸开左手 让大拇指与四指方 向垂直 并且在同一平面内 磁感线穿过掌心 四指方向与电流的方向相同 大拇指所指的方向为安培 力的方向 而安培力的大小 F BIL 且 B 与 I 垂直 若不垂直时 则将 B 沿导线方向与垂直方向进行分 解 17 答案 A B 解析 解答 解 A 由公式 F BIL 当增大电流时 可增大通电导线所受的磁场力 故 A 正确 B 由公式 F BIL 当增加直导线的长度时 可增大通电导线所受的磁场力 故 B 正确 C 当使导线在纸面内顺时针转 30 时 导线沿磁场方向投影长度缩短 则所受磁场力变小 故 C 错误 D 当使导线在纸面内顺时针转 45 时 导线沿磁场方向投影长度缩短 则所受磁场力变小 故 D 错误 故选 AB 分析 根据左手定则的内容 判定安培力的方向 左手定则的内容是 伸开左手 让