2020高中物理 14 磁场对通电导线的作用-安培力（含解析）教科版-1

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE11-学必求其心得，业必贵于专精课时分层作业(十四)磁场对通电导线的作用--安培力[基础达标练]（时间：15分钟分值：50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)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(）ABCDC[由左手定则判断可知C项正确．]2．（多选）关于磁场对通电直导线的作用力(安培力），下列说法正确的是(）A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面BCD［当电流方向与磁场方向平行时，通电直导线不受安培力作用，故A错误;据左手定则，判定安培力方向总垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面，故B、C、D均正确．]3．电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用,使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是（)B[由左手定则可知，图A中炮弹受到的安培力向后,图B中炮弹受到的安培力向前，图C中炮弹受到的安培力为零，图D中炮弹受到的安培力为零，故选B。］4．螺线管正中间的上方悬挂一个通有顺时针方向电流的小线圈,线圈的平面与螺线管的轴线在同一竖直面内，如图所示．当开关S合上时(一小段时间内),从上方俯视，线圈应该（）A．顺时针方向转动,同时向左移动B．逆时针方向转动，同时向右移动C．顺时针方向转动，同时悬线的拉力减小D．逆时针方向转动,同时悬线的拉力增大D［闭合S后，螺线管左端为S极，右端为N极，由左手定则知圆环右边受垂直于纸面向里的安培力，左边受垂直于纸面向外的安培力，所以从上向下看线圈逆时针方向转动,当转动到线圈与纸面垂直时,线圈等效为左端为N极、右端为S极的磁针,由磁极间的作用力可知悬线拉力增大．］5.如图所示,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,方向垂直纸面向里．过c点的导线所受安培力的方向(）A．与ab边垂直，指向左边B．与ab边垂直，指向右边C．与ab边平行，竖直向上D．与ab边平行，竖直向下A［等边三角形的三个顶点a、b、c处均有一通电导线，且导线中通有大小相等的恒定电流．由安培定则可得：导线a、b的电流在c处的合磁场方向竖直向下．再由左手定则可得:安培力的方向是与ab边垂直，指向左边．]6。如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是()A．棒中的电流变大，θ角变大B．两悬线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大,θ角变大D．磁感应强度变大,θ角变小A［导体棒受力如图所示．tanθ＝eq\f(F，mg）＝eq\f(BIL,mg）；棒中电流I变大,θ角变大，故A正确；两悬线等长变短，θ角不变，故B错误；金属棒质量变大，θ角变小,故C错误；磁感应强度变大,θ角变大，故D错误．]二、非选择题（14分)7．如图所示，导体杆ab的质量为m,电阻为R，放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上，导轨间距为d,电阻不计,系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计，问:若导轨光滑，电源电动势E多大才能使导体杆静止在导轨上?[解析］由闭合电路欧姆定律得：E＝IR导体杆受力情况如图所示，则由共点力平衡条件可得F安＝mgtanθF安＝BId由以上各式可得出E＝eq\f（mgRtanθ,Bd）.［答案]eq\f(mgRtanθ,Bd)[能力提升练］(时间：25分钟分值：50分）一、选择题（本题共4小题，每小题6分,共24分)1．如图所示,一个边长L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,若通以图示方向的电流,电流强度为I，则金属框受到的磁场力为（)A．0 B．ILBC．eq\f（4，3)ILB D．2ILBA[安培力公式F＝BILsinθ中,L是通电导线的有效长度，是导线在磁场中两端点间的距离．由题图可知，正三角形金属框的有效长度是0,所以导线框受到的安培力为零．故选A。］2．在如图所示的电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为fa、fb，可判断这两段导线()A．相互吸引，fa>fb B．相互排斥，fa〉fbC．相互吸引，fa<fb D．相互排斥，fa〈fbD[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fa<fb;两导线MM′、NN′中的电流方向相反，依据安培定则和左手定则可知两者相互排斥．故正确选项为D。］3．如图所示,条形磁铁放在光滑斜面上,用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于磁铁对斜面的压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是(）A．FN1＜FN2，弹簧的伸长量减小B．FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小C．FN1＞FN2，弹簧的伸长量增大D．FN1＞FN2，弹簧的伸长量减小C[由于条形磁铁外部的磁感线是从N极出发到S极，所以导线A处的磁场方向是斜向左下方的,导线A中的电流垂直于纸面向外时，由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力F，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力F′的方向是斜向左上方的，所以磁铁对斜面的压力减小，即FN1＞FN2.同时，F′有沿斜面向下的分力，使得弹簧弹力增大，可知弹簧的伸长量增大，所以选C。]4。(多选）如图所示，一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的磁场中,处于静止状态．现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中,导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是()A．一直增大 B．先减小后增大C．先增大后减小 D．始终为零AB[若摩擦力方向沿斜面向下，受力分析图如图甲所示，因导体棒静止，有F＝f＋mgsinαF＝ILB由以上两式可知f＝ILB－mgsinα可见当增大电流的过程中，摩擦力f一直增大，A正确；若摩擦力方向沿斜面向上，受力分析图如图乙所示,有F＋f＝mgsinαF＝ILB可得f＝mgsinα－ILB，可见当I增大时,f先减小，后反向增大，B正确．］甲乙二、非选择题（本题共2小题，共26分）5．(13分）如图所示，PQ和EF为水平放置的平行金属导轨，间距为L＝1.0m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝20g，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M＝30g．在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B＝0。2T的匀强磁场，磁场方向竖直向上,重力加速度g取10m/s2.若导轨是粗糙的，且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍，若要保持物体c静止不动，应该在棒中通入多大的电流？电流的方向如何？[解析］导体棒的最大静摩擦力大小为fm＝0。5mg＝0。1N,物体c的重力为G＝Mg＝0.3N，则fm<G,要保持导体棒静止，则安培力方向必须水平向左，则根据左手定则判断得知棒中电流的方向为由a到b.若BIL〉Mg，则导体棒所受的静摩擦力方向水平向右,设此时电流为I1,则由平衡条件有BI1L－Mg≤fm，解得，I1≤2A若BIL〈Mg,则导体棒所受的静摩擦力方向水平向左，设此时电流为I2，则由平衡条件有Mg－BI2L≤fm，解得，I2≥1A即ab棒中电流为1A≤I≤2A.［答案]电流为1A≤I≤2A，电流的方向为由a到b6．（13分）如图所示，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0。1T,方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．[解析]依题意，开关闭合后，电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下．开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长Δl1＝0。5cm。由胡克定律和力的平衡条件得2kΔl1＝mg ①式中，