高中物理第三章磁场4通电导线在磁场中受到的力课时训练新人教版.docx

通电导线在磁场中受到的力题组一安培力的方向1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系,正确的说法是()A.磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的B.磁场方向一定与安培力方向垂直,但电流方向不一定与安培力方向垂直C.磁场方向不一定与安培力方向垂直,但电流方向一定与安培力方向垂直D.磁场方向不一定与电流方向垂直,但安培力方向一定既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直解析:安培力一定垂直于电流和磁场决定的平面,而电流方向与磁场方向可能垂直,也可能不垂直,选项D正确。答案:D2.在下列各图中,表示磁场方向、电流方向及导线受安培力方向的图正确的是()解析:由左手定则可判断A正确,B、C错误;D中电流方向与磁场方向平行,不受力,故D错。答案:A3.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,方向如图所示。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,指向右边解析:如图所示,根据安培定则,A、B在C处所激发的磁场方向分别为B、B,应用平行四边形定则可知C导线所在处的合磁场方向。根据左手定则可知安培力FC的方向与AB连线垂直,指向左边。答案:C题组二安培力的大小4.如图所示,磁场方向竖直向下,通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2,通电导线所受安培力()A.数值变大,方向不变B.数值变小,方向不变C.数值不变,方向改变D.数值、方向均改变解析:安培力F=BIL,电流不变,垂直直导线的有效长度减小,安培力减小,安培力的方向总是垂直B、I所构成的平面,所以安培力的方向不变,B对,故选B。答案:B5.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 解析:由题图知电流方向由ba且与磁场方向垂直,根据左手定则可知安培力水平向右,由安培力计算公式可得F=BIL,故选B。答案:B6.如图所示,一根有质量的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬于a、b两点,棒的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()A.适当减小磁感应强度B.使磁场反向C.适当增大电流D.使电流反向解析:首先对MN进行受力分析:其受竖直向下的重力G、受两根软导线竖直向上的拉力和安培力。当其处于平衡状态时:2F+BIL=mg,重力mg恒定不变,欲使拉力F减小到0,应增大安培力BIL,所以可增大磁场的磁感应强度B或增大通过金属棒中的电流I,或二者同时增大,只有C项正确。答案:C题组三综合应用7.(多选)所谓电流表的灵敏度,是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小。偏角越大,灵敏度越高。下列方法可提高磁电式电流表灵敏度的是()A.增强永久磁铁的磁性B.增大螺旋弹簧的劲度系数C.增大线圈的面积D.增加线圈的匝数解析:通电线圈在磁场中转动时,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动。电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大。要提高电流表的灵敏度,就要在通入相同的电流时,让指针的偏转角度增大。所以要减小螺旋弹簧的劲度系数,同时使安培力变大,即增强永久磁铁的磁性、增大线圈的面积和增加线圈的匝数。故选项A、C、D正确。答案:ACD8.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,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为1 T。试求出各图中导线所受安培力的大小和方向。解析:由左手定则和安培力的计算公式得:题图甲中,因导线与磁感线平行,所以所受安培力为零。题图乙中,安培力的方向垂直导线水平向右,大小为F=BIL=10.10.2 N=0.02 N题图丙中,安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上,大小为F=BIL=0.02 N。答案:见解析(建议用时:30分钟)1.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是()解析:由左手定则可知,选项A中安培力方向应向右,选项B中安培力方向应向下,选项D中导线不受安培力作用,故只有选项C正确。答案:C2.如图所示,用细绳悬于O点的可自由转动的通电导线AB放在蹄形磁铁的上方,当导线中通以图示方向电流时,从上向下看,AB的转动方向及细绳中张力变化的情况为()A.AB顺时针转动,张力变大B.AB逆时针转动,张力变小C.AB顺时针转动,张力变小D.AB逆时针转动,张力变大解析:在导线上靠近A、B两端各取一个电流元,A处的电流元所在处的磁场向上穿过导线,根据左手定则,该电流元受力垂直纸面向外,同理B处电流元受安培力垂直纸面向里,所以从上向下看,导线逆时针转动,同时,由于导线转动,所以电流在垂直纸面方向有了投影,对于此有效长度来说,磁感线是向右穿过导线,再根据左手定则可判定导线有向下运动的趋势,故选D。答案:D3.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的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里的电流。用FN表示磁铁对桌面的压力,用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力。导线通电后与通电前相比较()A.FN减小,Ff=0B.FN减小,Ff0C.FN增大,Ff=0D.FN增大,Ff0解析:直导线所在处的磁场方向水平向左,由左手定则知,直导线受条形磁铁的安培力方向竖直向上,由牛顿第三定律知,磁铁受直导线的力的方向为竖直向下,故FN增大,Ff=0,C正确。答案:C4.(多选)通电矩形线框ABCD与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,AB边与MN平行。关于MN中电流的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是()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解析:由安培定则可知导线MN中的电流在线框外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FABFCD,线框所受合力方向向右。答案:BD5.(多选)如图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。当磁铁线圈两端a、b,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()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,选项A错误;同理可判定选项B、D正确,C错误。答案:BD6.(多选)如图所示,质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O,并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为()A.z正向,tan B.y正向,C.z负向,tan D.沿悬线向上,sin 解析:对于A选项,安培力水平向内,三力合力不可能为零,A错误;对于B选项,安培力竖直向上,当安培力BIL=mg时,可以平衡,此时B=,B正确;对于C选项,安培力水平向外,三力平衡时安培力BIL=mgtan ,此时B=tan ,C正确;对于D选项,安培力垂直于绳子的方向向内,三力不可能平衡,D错误。答案:BC7.如图所示,一重为G1的通电圆环置于水平桌面上,圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看),在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁,磁铁的中心轴线通过圆环中心,磁铁的上端为N极,下端为S极,磁铁自身的重力为G2。则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F的大小,下列关系中正确的是()A.FG1,FG2B.FG2C.FG1,FG1,FG2解析:顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的小磁针,由安培定则可知,“小磁针”的N极向下,S极向上,故与磁铁之间的相互作用力为斥力,所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1,磁铁对轻绳的拉力F将小于磁铁的重力G2,选项D正确。答案:D8.如图所示,在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m、质量为610-2 kg的通电直导线,电流I=1 A,方向垂直纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T、方向竖直向上的磁场中,设t=0时,B=0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)解析:斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示。由平衡条件FTcos 37=FFTsin 37=mg由解得F=代入数值得F=0.8 N由F=BIL得B= T=2 TB与t的变化关系为B=0.4t所以t=5 s。答案:5 s9.质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角=37的平行放置的导轨上,导轨宽度为d=0.2 m,杆ab与导轨间的动摩擦因数=0.4,磁感应强度B=2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的滑片,试求出为使杆ab静止不动,通过杆a