2012高中物理 6.1 探究磁场对电流的作用 8每课一练 鲁科版选修3-1

用心 爱心 专心1 6 1 6 1 探究磁场对电流的作用探究磁场对电流的作用 每课一练每课一练 一 选择题 1 关于磁感应强度 下列说法正确的是 C A 磁感应强度只是描述磁场强弱的物理量 B 由 B IL F 可知 某处磁感应强度大小与放入该处通电导线的 I 与 L 乘积成反比 C 通电导线所受磁场力为零 该处磁感应强度不一定为零 D 放置在磁场中 1m 长的导线 通过 1A 的电流 受到的力为 1N 该处磁感应强度就 是 1T 2 一根金属棒 MN 如图 11 38 22 所示 两端用办导线连接后悬挂于 a b 两点 棒中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中 棒中通有电流 方向从 M 流向 N 此时 悬线上有拉力 为了使拉力等于零 可以 C A 适当减小磁感应强度 B 使磁场反向 C 适当增大电流 D 使电流反向 提示 安培力 F 方向竖直向上 线上有拉力 T 说明 F mg 欲使 T 0 则应使 F mg 而 F ILB 所以使电流 I 增大或磁感应强度 B 增大 3 如图 11 38 23 所示 条形磁锦旗 在水平桌面上 在其正中央上方固 定一根长直导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直纸面向外的电流 则 A A 磁铁对桌面压力减小 不受桌面的摩擦力作用 B 磁铁对桌面压力减小 受到桌面的摩擦力作用 C 磁铁对桌面压力增大 不受桌面的摩擦力作用 D 磁铁对桌面压力增大 受到桌面的摩擦力作用 提示 可分析直导线的受力 安培力 条形磁铁在导线处的磁场应是水平向左 直 导线受 F 竖直向下 则条形磁铁受导线的作用力应是竖直向上 故压力减小 无摩擦力 4 电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布 如图 11 38 24 所示 当线圈中通入恒定电流时 线圈将发生转动 电流表的指针也随着偏转 最后停在某 一偏角位置上 则在偏转过程中随着偏转角的增大 C A 线圈所受安培力的力矩逐渐增大 B 线圈所受安培力的力矩逐渐减小 C 线圈所受安培力的力矩不变 D 以上说法都不对 提示 均匀辐向分布的磁场不是匀强磁场 线圈转到任一位置其平面均与磁场平 行 又由于对称性 图中线圈的左 右两边处的磁感应强度 B 相同 保持不变 所以 磁力矩为 MmNIBS 恒定不变 5 弹簧秤下挂一条形磁棒 其中条形磁棒 N 极的一部分位于未通电的螺线管内 如图 11 38 25 所示 下列说法正确的是 A C A 若将 a 接电源正极 b 接负极 弹簧秤示数将减小 B 若将 a 接电源正极 b 接负极 弹簧秤示数增大 C 若将 b 接电源正极 a 接负极 弹簧秤示数将增大 D 若将 b 接电源正极 a 接负极 弹簧秤示数将减小 用心 爱心 专心2 提示 考虑螺线管通电后产生的磁场与磁棒的相互作用 6 一个可自由运动的轻线圈 L1和一个固定的线圈 L2互相垂直放置 且两个圆线圈的 圆心重合 当两线圈都能以如图 11 38 26 所示的电流时 则从左向右看 线圈 L1将 B A 不动 B 顺时针转动 C 逆时针转动 D 向纸外平动 提示 可用微元法解 L2产生的磁场方向自下向上 对 L1上半部的各电流微元应受 到指向纸外的安培力 合力 而 L1下半部的各电流微元受到指向纸里的安培力 合力 所以 L1将顺时针转动 从左向右看 7 载流导体 L1 L2处在同一平面内 L1是固定的 L2可绕垂直于纸面的固定转 轴 O 转动 O 为 L2的中点 若各自的电流方向如图 11 38 27 所示 将会发生下列哪种 情况 D A 因不受磁场力 L2不动 B 因 L2受的磁场力处处相等 故 L2不动 C L2绕轴 O 按顺进针方向转动 D L2绕轴 O 按逆进针方向转动 提示 电流 I1在 L2处产生的磁场方向为垂直纸面向外 所以 L2的各部分 微元 都受到沿纸面向下的安培力作用 因为 O 点左侧的磁场强 所以 L2左半部受的安培力大于 右半部分受到的安培力 L2将逆时针方向转动 8 电磁轨道炮工作原理如图所示 待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动 并与 轨道保持良好接触 电流I从一条轨道流入 通过导电弹体后从另一条轨道流回 轨道电 流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与I成正 比 通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出 现欲使弹体的出射速度增加至原 来的 2 倍 理论上可采用的办法是 A 只将轨道长度L变为原来的 2 倍 B 只将电流I增加至原来的 2 倍 C 只将弹体质量减至原来的一半 D 将弹体质量减至原来的一半 轨道长度L变为原来的 2 倍 其他量不变 解析 BD 弹体所受安培力为F安 BIl 由动能定理得 BIL mv2 只将轨道长 1 2 度L变为原来的 2 倍 其速度将增加至原来的倍 A 错误 只将电流I增加至原来的 2 2 倍 其磁感应强度也随之增加至原来的 2 倍 其速度将增加至原来的 2 倍 B 正确 只将 弹体质量减至原来的一半 其速度将增加至原来的倍 C 错误 将弹体质量减至原来的 2 一半 轨道长度L变为原来的 2 倍时 其速度将增加至原来的 2 倍 D 正确 二 填空题 9 在赤道上空某处有一竖直的避雷针 当带正电的云经过避雷针上方时 地磁场对避 雷针的作用力方向是水平向东 提示 放电时电流方向应是自上而下 由左手定则 安培力为水平向东 10 2000 年 我国第一艘超导电磁推进船 HEMS 1 下水试验 它取消 了传统的螺旋浆 是船舶推进的重大革新 其原理如图 11 38 28 强磁场 方向竖直 在垂直直于船身方向两边安装正负电极 电极都在海水里 当电 源接通时海水中产生垂直于船体方向的强电流 推动船体运动 则如图船 用心 爱心 专心3 将向 右 方向运动 如磁感应强度 5T 看做匀强磁场 水通道宽 0 5m 产生推力 50N 则船上蓄电池中电流为 20 A 提示 电源接通时 海水中的强电流在图中垂直于磁场方向向上 由左手定则 可以判断安培力水平向左 则海水将向左流动 同时船体必受到一水平向右的反作用 力 故船向右运动 则安培力 F BIL 得 I BL F 代入数据可求得出 I 20A 11 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器 具有速度快 命中率高 发射在本低 污染小等优点 是 21 世纪的一种理想兵器 它的主要原理如图 11 38 29 所示 1982 年澳大利亚国立大学制成了能把 2 2 g 的弹体加速到 10km s 的电磁炮 常规炮弹约为 2km s 若轨道宽 2m 长为 100m 通过的电流为 10A 则轨道间所加的匀 强磁场 B 55 T 磁场力的最大功率 P 1 1 107W 轨道摩擦不计 提示 弹体在安培力作用下加速 由动能定理 ILB s 2 2 1 mv 得 B ILs mv 2 2 2100102 10 102 2 243 55T 磁场力的最大功率 Pm Fvm 10 2 55 104 1 1 107W 12 如图 11 38 30 水平放置的光滑的金属导轨 M N 平行地置于匀强磁场 中 间距为 d 磁场的磁感应强度大小为 B 方向与导轨平面夹角为 金属棒 ab 的质量为 m 放在导轨上且与导轨垂直 电源电动势为 E 定值电阻为 R 其余部分 电阻不计 则当电键 K 合上时 棒 ab 受到的安培力的大小为 R BdE 方向为向在下 方 棒的加速度大小为 mR BdE sin 提示 导体棒 ab 与磁感应强度 B 垂直 安培力 F ILB R BdE 而 F 既与 B 垂 直又与 I 垂直 所以 F 方向指向左下方 如图 11 38 31 所示 棒只有水平加速度 由 F sin ma 得 mR BdE sin 三 解答题 13 如图 11 38 32 所示 光滑平行导轨宽 L 轨 道平面与水平面成 角 放在竖直向上的匀强磁场 中 磁感应强度为 B 质量为 m 的金属棒 ab 垂直于导 轨放在轨道平面上 若保持金属棒 ab 静止不动 棒 中应通何方向的多大电流 提示 由左手定则和平衡条件可以判断 ab 所 受的安培力只能是水平向右 如图 11 38 33 所示 电流方向必为 b a 由 mgsin ILBcos 得 I tan BL mg 答案 tan BL mg 14 在倾角 30 的斜面上 固定一金属框 宽 L 0 25m 接入电动势 E 12V 内阻不计的电池 垂直框面放有一根质量 m 0 2kg 的金属棒 ab 它与框架的动摩擦因 数 6 3 整个装置放在磁感应强度 B 0 8T 垂直框面向上的匀强磁场中 如图 11 用心 爱心 专心4 38 34 当调节滑动变阻器 R 的阻值在什么范围内时 可使金属棒静止在框架上 框架与棒 的电阻不计 g 10m s2 取最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 提示 金属框静止时 摩擦力 f 方向可能向上 也可能向下 需要讨论 1 当变阻器 R 取值较大是 I 较小 安培力 F 较小 金属棒沿框架 有下滑趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 如图 11 38 35 所示 金属棒 刚好不上滑时满足 BL R E mgcos mgsin 0 得 R cos sin mg BEL 6 3 2 3 5 0 102 0 25 0 128