38巩固练习_磁场对通电导体的作用力提高

1、磁场对通电导体的作用力 【巩固练习】 一、选择题： 方向如图中箭头所示当 水平向右或垂直于纸面向外的匀 1. 一根容易形变的弹性导线，两端固定.导线中通有电流, 没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、 强磁场时，描述导线状态的四个图中正确的是（ B约为4.05 T,其水平分量 A.方向向东，大小约为 150 N B.方向向东，大小约为 200 N C.方向向西，大小约为 150 N D.方向向西，大小约为 200 N 2. （2014 龙岩质检）已知龙岩市区地磁场的磁感应强度 约为3.0 0-5 T。若龙岩市区一高层建筑安装了高50 m的竖直金属杆作为避雷针，在某次 雷雨天气中，

2、当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，经避雷针开始放电， 某一时刻的放电 电流为1.0 105 A，此时金属杆受到地磁场对它的安培力方向和大小分别为 3电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀分布的，当线圈中通入恒定电流时，线圈 将发生转动，电流表的指针也随之偏转， 最后停在某一偏角位置上， 则在偏转过程中随着偏 转角度的增大（） A 线圈受到的安培力的力矩将逐渐增大 B 线圈受到安培力的力矩将逐渐减小 C.线圈所受安培力的力矩不变 D 电流表中螺旋弹簧产生的阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大 L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈 则线圈L1将（ ） D .向纸面内平动 4. 个可以自由运动的线圈 Li和一个

3、固定的线圈 的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看, A 不动B 顺时针转动C.逆时针转动 5如图所示，用两根轻细金属丝将质量为m,长为I的金属棒ab悬挂在C、d两处， 置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角处于平衡状态.为 了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为（） mg A. tan ，竖直向上 II C. mgsin ，平行悬线向下 II mg一 B. tan ，竖直向下 Il D.n ，平行悬线向上 Il a、 6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.

4、则过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 7.在如图所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于 NN /之间的安培力的大小分别为正以，可判断这两段导线（ a、b两处时，导线 MM /与 ） A! A 相互吸引，fa fb C.相互吸引，faV fb B .相互排斥, D .相互排斥, fa fb fa V f b 二、计算题： 1. （2014普宁市校级月考）如图所示, MN是一根长为 1= 10 cm,质量m= 50 g的金 属棒，用两根长度也为I的细软导线将导体棒 MN水平吊起，使导

5、体棒处在 B = - T的竖直 向与MN垂直的匀强磁场的磁感应强度B = 0.5 T。（取g = 9.8 m/s2） 向上的匀强磁场中， 未通电流时，细导线在竖直方向，通入恒定电流后，金属棒向外偏转的 最大偏角0= 37,求金属棒中恒定电流的大小。 2.在倾角为 的光滑斜面上，置一通有电流 I，长为L,质量为m的导体棒，如图所 示. （1） 欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向. （2） 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方 向. 0 尸 5r 3. 一根通有电流Il的长直导线00/竖直放置，另有一矩形导线框 abed的平面放在竖 直平

6、面内，通有如图所示的电流 12. 0。/到abed平面的距离为4r,边长ab=ed=5r, ab=be=6r, 且ab和ed两边所在处的磁感应强度大小均为 B （由Ii产生）.求aB和ed所受安培力的大 小，并说明方向. 4.如图所示是导轨式电磁炮实验装置示意图.两根平行长直金属导轨沿水平方向固定, 其间安放金属滑块（即实验用弹丸）.滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接 触.电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源.滑块被导轨 中的电流形成的磁场推动而发射.在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀 强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kl

7、 ,比例常量k 2.5 1O6T/A .已 知两导轨内侧间距I =1.5 em，滑块的质量 m=30 g，滑块沿导轨滑行 5 m后获得的发射速度 v=3.0 km / S （此过程视为匀加速运动）. i 电普I （1）求此发射过程中电源提供的电流强度； （2）若电源输出的能量有 4 %转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输 出电压各是多大. 5. （2014太原五中测试）粗细均匀的直导线 MN的两端悬挂在两根相同的轻质弹簧下 边，MN恰好在水平位置（如图）。已知MN的质量m= 10 g, MN的长度1= 49 cm，沿水平方 (1)要使两根弹簧能处于自然状态，既不被拉长，也不被压缩,

8、 通过多大的电流？ MN中应沿什么方向、 (2)若导线中有从 M到N方向的、大小为0.2 A的电流通过时，两根弹簧均被拉长了Ax =1 mm，求弹簧的劲度系数。 (3)当由N到M方向通过0.2 A的电流时，两根弹簧被拉长多少? 【答案与解析】 1、选择题： 1. D 解析：本题考查左手定则的应用没有磁场时通电导线是直的，当加上竖直向上的磁场时, 由于磁感应强度 B的方向与电流方向平行，导线不受安培力，不会弯曲， 水平向右的匀强磁场，根据左手定则，电流所受的安培力应垂直纸面向里， 误；同理，C图中电流受的安培力向右，因此 C图中导线弯曲方向错误； 2. 【答案】A A图错误；加上 B图弯曲方向错

9、 D图正确. 【解析】由安培力公式，金属杆受到地磁场对它的安培力大小为 F = BIL = 3.0 10 5.0 O5X5O N = 150 N。由左手定则可判断出安培力方向为方向向东，选项 A正确。 3. CD 解析：线框偏转过程中，磁场总是与线框平行的, M磁 NBIS，电流又恒定，故磁力矩不 变，但弹力矩随偏角增大而增大，所以 C、D正确. 4. B 解析：方法一：利用结论法环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形 电流同向平行为止，据此可得 L1的转动方向应是：从左向右看线圈L1顺时针转动. 方法二：直线电流元法.把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数

10、直 线电流元，电流元处在 L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场向上，据左 手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力指向纸内，因此从 左向右看线圈 L1顺时针转动. 5. D 由于棒的重 力恒定，悬线拉力的方向不变, 解析：要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值. 由画出的力三角形可知，安培力的最小值为 Fmin mgsin , 即 IlBmin mgsin，得 Bmin mgsin .所加磁场的方向应平行于悬线向上. b两点的导线中的电流所产生的磁场中，过c点的磁感线分 c点产生的磁感应强度 Ba、Bb (圆的 B 由于Ba=Bb,

11、并由几何知识可知，合磁感应强度B c点的导线所受安培力的方向与ab边垂直，指向 6. C a、 解析：由安培定则可知，在 别是以a、b为圆心的圆，如图所示分别作出它们在 切线方向)，并作出其合磁感应强度I 的方向竖直向下，再由左手定则可判得过 左边.故C选项正确. 共三个力的作用，其中导线的拉力不做功，由动能定理得: Wf + Wg= 0 mg等 大反向，故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时，安培力最小 Fmin mgs in ，所 以B常，由左手定则知：B (2 )棒静止在斜面上，又对斜面无压力, 的方向应垂直斜面向上. 则棒只受两个力作用，即竖直向下的重力 mg和 7. D 解析：本

12、题融入教材中学生演示实验中的素材，考查考生应用安培定则分析实验中的相关问 题的能力；当S接a时，电路的电源只用了一节干电池，当S接b时，电路的电源用了两 节干电池，此时电路中的电流比 S接a时大，所以有fav fb，两导线MM /、NN，中的电流 方向相反，依据安培定则可知两者相互排斥.故正确选项为D . 二、计算题： 1.【答案】5 A 【解析】金属棒向外偏转的过程中，受重力mg、导线拉力Ft、安培力 其中 Wf = FIsin 0= Bll ( 1) mg|；n方向垂直斜面向上(2) m 方向水平向左 解析：此题属于电磁学和静力学综合题，研究对象为通电导体棒，所受力为重力mg、弹力 N、安

13、培力F，属于三个共点力的平衡问题.要使棒对斜面无压力，则棒不受斜面的支持力， 此时应有安培力与重力相平衡，导体棒只受两个力作用. (1)棒在斜面上处于静止状态，故受力平衡棒共受三个力作用；重力大小为mg,方向竖 直向下；弹力垂直于斜面，大小随磁场力的变化而变化；磁场力始终与磁场方向及电流方向 垂直，大小随方向不同而改变，但由平衡条件知：斜面弹力与磁场力的合力必与重力 sin 0, Wg= mgl(1 cos 0) 金属棒中的电流为1 = mg Bl爲;37 解得：I = 5 A 磁场力，作用，由平衡条件知，F mg，且磁场力 F的竖直向下，所以 BIL mg ,故 B T，由左手定则知B的方向

14、水平向左. 3. Fab 5Brl 2，方向沿Oa向外背离00 Fed5BrI 2，方向沿dO向里指 OO / 解析：先把立体图改画成相应的俯视平面图（从 场是非匀强磁场，但题目中已明确告诉了 D向D /看）如图所示.虽然 ab和ed所在处的磁感应强度均为B, I1产生的磁 B又与ab、 ed垂直，所以可以用 F BIL计算.Fab B 5rI 2 5BrI 2，方向沿Oa向外背离OO/； Fed B 5BrI 2，方向沿dO向里指向00/. fl h J魁, 4. ( 1) 8.5 杓5 A(2) 1.0 X99 W 1.2 杓3 V 解析：（1）由匀加速运动公式有 a V2 2s 105m

15、 / s2，由安培力公式和牛顿第二定律, 时间 IBI kI2L , kI 2l ma，因此: 腰 8.5 105A - 滑块获得的动能是电源输出能量的4%,即pt 4% -mv2，发射过程中电源供电 2 1 2 一 mv 10 2s .所需电源输出功率为 P 2 t 4% 1.0 109W。由功率 P=IU , 解得输出电压 3 1.2 10 V。 5.【答案】 (1)0.4 A 方向是 M 至U N (2)24.5 N/m (3)0.003 m 【解析】（1）只有MN受到的安培力方向竖直向上且等于MN的重力时，两根弹簧才能 处于自然状态。根据左手定则，MN中的电流方向应由 M到N ,电流的大小由mg= BIl求得 mg 0.01 9.8 I = Bl 0.5 0.49 A = 0.4 A 导线中通过由M到N方向的电流时，受到竖直向上的安