高中物理 第3章 磁场 4 通电导线在磁场中受到的力学业分层测评 新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。通电导线在磁场中受到的力(建议用时：45分钟)学业达标1关于通电导线所受安培力F的方向，磁场B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是()AF、B、I三者必须保持相互垂直BF必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直CB必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直DI必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直【解析】安培力F总是与磁场B方向和电流I方向决定的平面垂直，但B与I(即导线)可以垂直，也可以不垂直，通电导线受安培力时，力F与磁场及力F与导线都是垂直的，故A、C、D均错，B正确【答案】B2(2016曲靖高二检测)下面的几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】根据左手定则可以判断，A图中通电直导线的作用力的安培力水平向右，B、C图中的安培力竖直向下，D图的安培力为零故只有选项C正确【答案】C3(2016肇庆高二月考)如图3410所示，水平面内一段通电直导线平行于匀强磁场放置，当导线以左端点为轴在水平平面内转过90时(如图中虚线所示)，导线所受的安培力() 【导学号：08160156】图3410A大小不变B大小由零逐渐增大到最大C大小由零先增大后减小D大小由最大逐渐减小到零【解析】B和I平行时，导线所受安培力为零，当B和I的夹角增大时，F安BILsin ，F安增大，当B和I垂直时，F安最大，选项B正确，A、C、D错误【答案】B4如图3411所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈()图3411A向左运动B向右运动C静止不动 D无法确定【解析】法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动法二：电流元法如图所示，取线圈的上、下两小段分析，根据左手定则和中心对称性可知线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动【答案】A5(多选)如图3412所示，在方框中有一能产生磁场的装置，现在在方框右边放一通电直导线(电流方向如图中箭头方向)，发现通电导线受到向右的作用力，则方框中放置的装置可能是下面的()图3412【解析】通电螺线管在通电直导线处产生的磁场向右，由左手定则可知直导线受安培力垂直纸面向里，A错误；垂直纸面的通电直导线在通电直导线处产生的磁场使通电直导线一边转动一边先靠近，B错误；通电圆环在通电直导线处产生的磁场垂直纸面向外，由左手定则可知通电直导线所受安培力向右，C正确；D中两通电直导线电流反向，互相排斥，D正确【答案】CD6如图3413所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则棒MN所受安培力大小()图3413AFBIdBFBIdsin CF DFBIdcos 【解析】棒MN在磁场中有电流的长度为，则FBIL.故C正确【答案】C7如图3414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()【导学号：08160157】图3414AAB顺时针转动，张力变大BAB逆时针转动，张力变小CAB顺时针转动，张力变小DAB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处的电流元所在磁场斜向上穿过导线，根据左手定则，该处导线受力向外，同理B处电流元受安培力向里，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】D8(2015江苏高考)如图3415所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()图3415【解析】因为磁场相同，导体中电流大小一样，根据FBIL知，导体的有效长度越大，磁场有微变时产生的安培力越大，导致天平失去平衡，图中A对应的有效长度最大【答案】A能力提升9如图3416，一段导线段abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为() 【导学号：08160158】图3416A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB【解析】导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad(1)L，故导线段abcd所受磁场的作用力的合力大小FILabB(1)ILB，导线有效长度的电流方向为ad，根据左手定则可以确定导线所受合力方向沿纸面向上，故A项正确【答案】A10如图3417所示，O为圆心，KN和LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路()图3417A将向左平动B将向右平动C将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动DKL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动【解析】因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边的电流一直平行，所以KN边、LM边均不受力根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D正确【答案】D11如图3418所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流I1 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t0，B0，则需要多长时间斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2)图3418【解析】导线恰要离开斜面时受力情况如下图由平衡条件，得：Fmg/tan 37.而FBIl.B0.4t代入数据解即得：t5 s.【答案】5 s12(2015重庆高考)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机如图3419是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.【导学号：08160159】图3419(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率【解析】(1)由安培力表达式FBIL可知，线圈所受的安培力FnBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右(2)由功