2019-2020學年高中物理 第3章 磁場 課時作業(yè)23 4通電導線在磁場中受到的力（含解析）新人教版選修3-1

課時作業(yè)(二十三)一、選擇題(17為單選，810為多選)1.如圖所示，把一通電導線放在一個蹄形磁鐵的正上方，導線可自由轉動，當導線中通過電流i時，導線運動的情況是(從上向下看)()a順時針方向轉動，同時下降b順時針方向轉動，同時上升c逆時針方向轉動，同時下降d逆時針方向轉動，同時上升解析根據左手定則，電流左部分受力垂直紙面向外，右部分受力垂直紙面向里，故俯視逆時針方向轉動；同時靠近磁鐵答案c設置目的考查左手定則與磁鐵磁場分布2.如圖所示，兩個完全相同、所在平面互相垂直的導體圓環(huán)p、q中間用絕緣細線連接，通過另一絕緣細線懸掛在天花板上，當p、q中同時通有圖示方向的恒定電流時，關于兩線圈的轉動(從上向下看)以及細線中張力的變化，下列說法正確的是()ap順時針轉動，q逆時針轉動，轉動時p與天花板連接的細線張力不變bp逆時針轉動，q順時針轉動，轉動時兩細線張力均不變cp、q均不動，p與天花板連接的細線和與q連接的細線張力均增大dp不動，q逆時針轉動，轉動時p、q間細線張力不變解析根據安培定則，p產生的磁場的方向n極垂直于紙面向外，q產生的磁場方向水平向右，根據同名磁極相互排斥的特點，p將順時針轉動，q逆時針轉動；轉動后相互靠近兩點處的電流的方向相同，所以兩個線圈相互吸引，pq細線張力減小，整體分析受力知p與天花板連接的細線張力始終等于二者重力，不變故a項正確，b、c、d三項錯誤故選a項答案a3.如圖所示為兩根互相平行的通電導線a、b的橫截面圖，a、b的電流方向已在圖中標出那么導線a中電流產生的磁場的磁感線環(huán)繞方向及導線b所受的磁場力的方向應分別是()a磁感線順時針方向，磁場力向左b磁感線順時針方向，磁場力向右c磁感線逆時針方向，磁場力向左d磁感線逆時針方向，磁場力向右解析由安培定則判斷出導線a在導線b處產生的磁場方向是豎直向下的；再由左手定則判斷出導線b受的安培力是水平向右的，答案b項正確答案b設置目的考查安培定則的應用4.如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導線a，a與螺線管垂直，a導線中的電流方向垂直紙面向里，開關s閉合，a受到通電螺線管磁場的作用力的方向是()a水平向左b水平向右c豎直向下 d豎直向上解析閉合開關s，由安培定則可知在a處的磁場水平向左，再由左手定則可判斷其受安培力方向豎直向上答案d設置目的考查安培定則與安培力方向的判斷5.如圖所示，一段導線abcd位于磁感應強度大小為b的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為l，且abcbcd135.流經導線的電流為i，方向如圖中箭頭所示導線段abcd所受磁場的合力()a方向沿紙面向上，大小為(1)ilbb方向沿紙面向上，大小為(1)ilbc方向沿紙面向下，大小為(1)ilbd方向沿紙面向下，大小為(1)ilb解析將導線分為三段直導線，根據左手定則分別判斷出安培力的大小，根據fbil計算出安培力的大小，再求合力導線所受合力fbil2bilsin45(1)ilb.答案a設置目的考查安培力的計算與力的合成6.如圖所示，金屬棒mn兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由m向n的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個條件，角的相應變化情況是()a棒中的電流變大，角變大b兩懸線等長變短，角變小c金屬棒質量變大，角變大d磁感應強度變大，角變小解析從m端側視如圖所示：對導體棒受力分析，受到的安培力為fbil，則tan，則當棒中的電流變大時，角變大，a項正確；與懸線長短無關，b項錯誤；金屬棒質量m變大，角變小，c項錯誤；磁感應強度b變大，角變大，d項錯誤答案a設置目的考查安培力平衡問題7.如圖所示，兩平行的粗糙金屬導軌水平固定在勻強磁場中，磁感應強度為b，導軌寬度為l，一端與電源連接一質量為m的金屬棒ab垂直于平行導軌放置并接觸良好，金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為，在安培力的作用下，金屬棒以v0的速度向右勻速運動，通過改變磁感應強度的方向，可使流過導體棒的電流最小，此時磁感應強度的方向與豎直方向的夾角為()a37 b30c45 d60解析由題意對棒受力分析，設磁感應強度的方向與豎直方向成角，則有bilcos(mgbilsin)整理得bil電流有最小值，就相當于安培力有最小值，最后由數(shù)學知識解得：30，則a、c、d三項錯誤，b項正確答案b設置目的本題考查通電導體棒在磁場中的平衡問題8.一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠s極一側吊掛一根與它垂直的導電棒，如圖所示右圖中只畫出此棒的截面圖，并標出此棒中的電流是流向紙內的，在通電的一瞬間可能產生的情況是()a磁鐵對桌面的壓力減小b磁鐵對桌面的壓力增大c磁鐵受到向右的摩擦力d磁鐵受到向左的摩擦力解析如圖所示導體棒通電后，由左手定則，導體棒受到斜向左下方的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導體棒的作用力應斜向右上方，所以在通電的一瞬時，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此a、d兩項正確答案ad設置目的考查安培力方向的判斷與力的相互性9.通電矩形導線框abcd與無限長通電直導線mn在同一平面內，電流方向如圖所示，ab邊與mn平行關于mn的磁場對線框的作用，下列敘述正確的是()a線框有兩條邊所受的安培力方向相同b線框有兩條邊所受的安培力大小相同c線框所受安培力的合力向左d線框將繞mn轉動解析通電矩形線框abcd在無限長直通電導線形成的磁場中，受到磁場力的作用，對于ad邊和bc邊，所在的磁場相同，但電流方向相反，所以ad邊、bc邊受磁場力(安培力)大小相同，方向相反，即ad邊和bc邊受合力為零而對于ab和cd兩條邊，由于在磁場中，離長直導線的位置不同，ab邊近而且由左手定則判斷受力向左，cd邊遠而且由左手定則判斷受力向右，所以ab邊、cd邊受合力方向向左，故b、c兩項正確答案bc設置目的考查安培力方向的判斷與長直電流磁場分布特點10(多選)如圖甲所示，兩根光滑平行導軌水平放置，間距為l，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為b.垂直于導軌水平對稱放置一根均勻金屬棒從t0時刻起，棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流i，周期為t，最大值為im，圖甲中i所示方向為電流正方向則金屬棒()a一直向右移動b速度隨時間周期性變化c受到的安培力隨時間周期性變化d受到的安培力在一個周期內做正功解析根據題意得出vt圖象如圖所示，金屬棒一直向右運動，a項正確速度隨時間做周期性變化，b項正確據f安bil及左手定則可判定，f安大小不變，方向做周期性變化，則c項正確f安在前半周期做正功，后半周期做負功，則d項錯誤答案abc設置目的安培力作用下的運動分析二、非選擇題11將長度為20 cm、通有0.1 a電流的直導線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應強度為1 t試求出下列各圖中導線所受安培力的大小和方向解析由左手定則和安培力的計算公式得：(1)因導線與磁感線平行，所以安培力為零；(2)由左手定則知：安培力方向垂直導線水平向右，大小fbil10.10.2 n0.02 n；(3)安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上，大小fbil0.02 n.答案(1)0導線與磁感線平行(2)0.02 n安培力方向垂直導線水平向右(3)0.02 n安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上設置目的考查安培力大小的計算和方向判斷12如圖甲所示，電磁炮是一種新型的兵器，其射程甚至可達數(shù)百公里，遠遠超過常規(guī)炮彈它的主要原理如圖乙所示，當彈體中通以強電流時，彈體在強大的磁場力作用下加速前進，最后從炮口高速射出設兩軌道間距離為d0.10 m，勻強磁場的磁感應強度為b40 t，電流恒定，i2 000 a，軌道長度為l20 m，炮彈的質量為m20 g，忽略一切阻力求：(1)彈體的加速度大??；(2)彈體最終獲得的速度大?。?3)磁場力對彈體的最大功率解析(1)根據安培力公式fbid牛頓第二定律：fma聯(lián)立解得：a4105 m/s2.(2)根據動能定理：flmv2解得v4103 m/s.(3)根據瞬時功率公式：pfv3.2107 w.答案(1)4105 m/s2(2)4103 m/s(3)3.2107 w13.如圖所示，在磁感應強度b1.0 t、方向豎直向下的勻強磁場中，有一個與水平面成37角的平行導電滑軌，滑軌上放一個可以自由滑動的金屬桿ab.已知接在滑軌中的電源電動勢e12 v，內阻r0.5 ，滑軌間距l(xiāng)0.5 m，金屬桿質量m0.2 kg，桿與平行滑軌間的動摩擦因數(shù)0.5，不計滑軌與ab桿的電阻，sin370.6，cos370.8，g取10 m/s2，求接在滑軌上的變阻器r的阻值在什么范圍內變化時，可以使ab桿在滑軌上保持靜止解析當ab桿即將下滑時，受力分析如圖1所示，滿足：根據平衡條件可知：解得：i1 a當ab桿即將上滑時，受力分析如圖2所示，根據平衡條件可知，應滿足：解得：i28 a.由閉合電路歐姆定律有：ei(rr)，得對應的變阻器的取值為：r1r16 ；r2r1 .因此，要使ab桿保持靜止狀態(tài)，變阻器r的取值范圍是：1 r16 .答案1 r16 設置目的考查軌道上的通電桿的平衡條件14.如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質量為6102 kg的通電直導線，電流強度i1 a，方向垂直于紙面向外，導線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應強度每秒增加0.4