高二年级物理磁场对通电导线的作用力随堂作业

高二年级物理磁场对通电导线的作用力随堂作业一、选择题（共5题，每题6分，共30分）关于安培力的方向，下列说法正确的是（）A.安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面B.安培力的方向总是与磁场方向垂直，但不一定与电流方向垂直C.安培力的方向总是与电流方向垂直，但不一定与磁场方向垂直D.安培力的方向有可能既不与磁场方向垂直，也不与电流方向垂直答案：A解析：根据左手定则，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；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通电导线在磁场中所受安培力的方向。由此可知，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，A选项正确，B、C、D选项错误。一根长为L的直导线，通有电流I，垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，所受安培力为F。若将导线中的电流增大到2I，导线长度减小到L/2，磁感应强度不变，则此时导线所受安培力为（）A.F/2B.FC.2FD.4F答案：B解析：安培力的计算公式为F=BIL（当电流方向与磁场方向垂直时）。原来导线所受安培力F=BIL。当电流增大到2I，长度减小到L/2时，此时的安培力F’=B×2I×(L/2)=BIL=F，B选项正确。如图所示，通电直导线处于匀强磁场中，导线与磁场方向夹角为θ（θ≠90°），则关于导线所受安培力的大小，下列说法正确的是（）A.安培力大小为BILB.安培力大小为BILsinθC.安培力大小为BILcosθD.无法确定答案：B解析：当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的计算公式为F=BILsinθ，其中θ是电流方向与磁场方向的夹角。所以该题中导线所受安培力大小为BILsinθ，B选项正确。两根平行的通电直导线，通有相反方向的电流，则它们之间的相互作用力是（）A.相互吸引B.相互排斥C.没有作用力D.无法确定答案：B解析：根据安培力的相互作用规律，两根平行的通电直导线，当通有相反方向的电流时，它们之间会产生相互排斥的力；当通有相同方向的电流时，会产生相互吸引的力，B选项正确。在赤道处，有一根沿东西方向水平放置的直导线，通有从东向西的电流，则此导线所受地磁场的安培力方向是（）A.向上B.向下C.向南D.向北答案：B解析：地球的地磁场在赤道处是从南向北的。根据左手定则，伸开左手，让磁感线从掌心进入（即掌心朝南），四指指向电流方向（从东向西），此时拇指所指的方向就是安培力的方向，即向下，B选项正确。二、填空题（共3题，每题6分，共18分）一根长度为0.5m的直导线，通有2A的电流，垂直放入磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，则导线所受安培力的大小为______N，方向可由______定则判断。答案：0.4；左手解析：根据安培力计算公式F=BIL，代入数据可得F=0.4T×2A×0.5m=0.4N。安培力的方向由左手定则判断。一个匝数为100匝、面积为0.01m²的矩形线圈，通有0.5A的电流，放在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，则线圈所受的磁力矩大小为______N・m。答案：0解析：当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈所受的安培力的合力为零，磁力矩也为零。因为此时各边所受的安培力形成一对平衡力，不会产生转动效果。如图所示，一根弯曲的导线abcd，其中ab、cd段均为直线，且ab=cd=L，bc段为四分之一圆弧，半径为R，整个导线通有电流I，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。则ab段所受安培力大小为______，方向______；cd段所受安培力大小为______，方向______。答案：BIL；垂直ab向上；BIL；垂直cd向下解析：ab段电流方向与磁场方向垂直，根据F=BIL，其安培力大小为BIL，由左手定则可判断方向垂直ab向上。cd段同样电流方向与磁场方向垂直，安培力大小为BIL，方向垂直cd向下。三、计算题（共2题，每题16分，共32分）如图所示，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，有一根长L=0.4m的直导线，通有I=3A的电流。导线与磁场方向的夹角θ=30°，求导线所受安培力的大小和方向。答案：0.3N；方向垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面斜向上解析：已知B=0.5T，L=0.4m，I=3A，θ=30°。根据安培力计算公式F=BILsinθ，可得F=0.5T×3A×0.4m×sin30°=0.5×3×0.4×0.5=0.3N。方向由左手定则判断，伸开左手，让磁感线从掌心进入，四指指向电流方向，拇指所指方向即为安培力方向，即垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面斜向上。一矩形线圈，长L₁=0.2m，宽L₂=0.1m，匝数N=100匝，通有电流I=2A，放在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向成30°角。求：（1）线圈各边所受的安培力大小；（2）线圈所受的磁力矩大小。答案：（1）ab边和cd边所受安培力大小均为10N，ad边和bc边所受安培力大小均为5N；（2）5N・m解析：（1）由题意可知，ab边和cd边与磁场方向垂直，根据安培力公式F=NBIL，ab边所受安培力F_ab=NBIL₁=100×0.5×2×0.2=10N，cd边与ab边情况相同，所以F_cd=10N。ad边和bc边与磁场方向的夹角为60°，它们所受安培力F_ad=F_bc=NBIL₂sin60°=100×0.5×2×0.1×(√3/2)=5N。（2）磁力矩的计算公式为M=NBSIsinθ，其中S为线圈面积，S=L₁L₂=0.2×0.1=0.02m²，θ是线圈平面与磁场方向的夹角，即30°，所以M=100×0.5×0.02×2×sin30°=100×0.5×0.02×2×0.5=5N・m。四、简答题（共1题，20分）简述左手定则的内容，并说明在判断安培力方向时如何应用左手定则。结合实例说明在生活中哪些地方应用了安培力的原理。答案：左手定则的内容：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；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通电导线在磁场中所受安培力的方向。在判断安培力方向时，首先确定磁场的方向和电流的方向，然后按照左手定则的要求摆放左手，使磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，此时拇指所指的方向就是安培力的方向。生活中应用安培力原理的地方有很多，例如电动机，电动机的工作原理就是利用通电线圈在磁场中受