2023高中物理第3章磁场4通电导线在磁场中受到的力课时作业新人教版选修3-1

PAGE通电导线在磁场中受到的力基础夯实一、选择题(1～3题为单项选择题，4、5题为多项选择题)1．一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的选项是eq\x(导学号50232641)(D)解析：匀强磁场竖直向上与导线平行，导线受到的安培力为零，A错；匀强磁场水平向右，根据左手定那么可知导线受到安培力向里，B错；匀强磁场垂直纸面向外，由左手定那么可知导线受到安培力水平向右，C错、D对。2．如下图为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1T的匀强磁场中，CO间距离为10cm，当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开。那么要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为eq\x(导学号50232642)(B)A．电流方向C→O B．电流方向O→CC．电流大小为1A D．电流大小为0.5A解析：由左手定那么，电流的方向O→C，由B＝eq\f(F,IL)得I＝eq\f(F,BL)＝2A。3．(重庆市主城区2022～2022学年高二上学期期末六校联考)如下图，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，那么方框中放置的装置可能是下面哪个eq\x(导学号50232643)(C)解析：根据通电导线受到向右的作用力，由左手定那么判定导线处于垂直纸面向外的磁场中，根据右手定那么可判只有C选项符合要求，应选C。4．(河北衡水中学2022～2022学年高二上学期调研)如下图，一条形磁铁静止在斜面上，固定在磁铁中心的垂直上方的水平导线中通有垂直流向纸外的恒定电流，假设将磁铁的N极位置与S极位置对调后，仍放在斜面上原来的位置，假设磁铁仍然静止，那么磁铁对斜面的压力FN和摩擦力Ff的变化情况分别是eq\x(导学号50232644)(BD)A．FN增大 B．FN减小C．Ff减小 D．Ff不变解析：条形磁铁在导线处产生的磁场方向平行于斜面向上，由左手定那么知导线所受安培力垂直斜面向上，根据牛顿第三定律知条形磁铁所受安培力垂直斜面向下，假设将磁铁的N极位置与S极位置对调后，同理可知条形磁铁所受安培力垂直斜面向上，故磁铁对斜面的压力FN减小，根据平衡条件：Ff＝mgsinθ保持不变；应选BD。5．(莆田一中2022～2022学年高二检测)图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导线垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。以下说法正确的选项是eq\x(导学号50232645)(BD)A．假设a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，那么L向右滑动B．假设a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，那么L向右滑动C．假设a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，那么L向左滑动D．假设a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，那么L向左滑动解析：假设a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定那么判定金属杆受安培力向左，那么L向左滑动，A项错误，同理判定B、D选项正确，C项错误。二、非选择题6．(湖南长郡中学2022～2022学年高二上学期期中)如图，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。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。eq\x(导学号50232646)答案：安培力的方向竖直向下，金属棒的质量为0.01kg解析：金属棒通电后，闭合回路电流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(12V,2Ω)＝6A，导体棒受到安培力F＝BIL＝0.06N。根据左手定那么可判断金属棒受到安培力方向竖直向下，开关闭合前2×k×0.5×10－2＝mg，开关闭合后2×k×(0.5＋0.3)×10－2＝mg＋F，解得m＝0.01kg。能力提升一、选择题(1、2题为单项选择题，3、4题为多项选择题)1．把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它下端刚好跟杯中的水银面接触，并使它组成如下图的电路，当开关S接通后将看到的现象是eq\x(导学号50232647)(C)A．弹簧向上收缩B．弹簧被拉长C．弹簧上下跳动D．弹簧仍静止不动解析：通电后，弹簧的每一个圈都相当一个环形电流，且各线圈都通以相同方向的电流，根据同向电流相互吸引，弹簧收缩，下端脱离水银面，使电路断开，电路断开后，弹簧中的电流消失，磁场作用失去，弹簧在弹力和自身重力作用下下落，于是电路又接通，弹簧又收缩……如此周而复始，形成弹簧上下跳动。正确答案为C。2．(江西南昌二中2022～2022学年高二上学期期中)如下图，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OO′自由转动，现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现eq\x(导学号50232648)(D)A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动D．A环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢至重合为止解析：由安培定那么可得，A环产生的磁场的方向向下，B环产生的磁场的方向向左，两个磁场相互作用后有磁场的方向趋向一致的趋势，所以A环顺时针转动，B环逆时针转动，二者相互靠拢，直至重合，故D正确。3．实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。假设线圈中通以如图乙所示的电流，那么以下说法中正确的选项是eq\x(导学号50232649)(ABD)A．在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上D．当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动解析：指针在量程内线圈一定处于磁场之中，由于线圈与铁芯共轴，线圈平面总是与磁感线平行，故A正确。电表的调零使得当指针处于“0〞刻线时，螺旋弹簧处于自然状态，所以无论线圈向哪一方向转动都会使螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的力，故B正确。由左手定那么知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力将使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。4．如下图，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它们之间的距离为x，当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，那么以下关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的选项是eq\x(导学号50232650)(ACD)A．方向向上B．大小为eq\f(\r(2)mg,2LI)C．要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移D．假设使b下移，a将不能保持静止解析：由安培定那么可知，通电导体棒b周围的磁感线方向为顺时针方向，所以在a点的磁场方向竖直向上，如图a所示，所以选项A正确；以导线a为研究对象进行受力分析如图(a)所示，故有mg＝BIL，解得a点处的磁感应强度大小为B＝eq\f(mg,IL)，所以选项B错误；欲减小b在a处的磁感应强度，可增大两导线间的距离，将b上移或下移都可以，当b上移时，a受到的安培力方向逆时针转动，此时能保持a受力平衡，所以选项C正确；假设b下移，导体棒受力不平衡，应选项D正确。二、非选择题5．(河北衡水中学2022～2022学年高二上学期调研)利用通电导线在磁场中受到的安培力与磁感应强度的关系就可以测定磁感应强度的大小，实验装置如下图，弹簧测力计下端挂一矩形导线框，导线框接在图示电路中，线框的短边置于蹄形磁体的N、S极间磁场中的待测位置。eq\x(导学号50232651)(1)在接通电路前，待线框静止后，先观察并记录下弹簧测力计的读数F0；(2)接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I，待线框静止后，观察并记录下弹簧测力计的读数F(F＞F0)。由以上测量数据可知：导线框所受重力大小等于__F0__；磁场对矩形线框位于磁场中的一条边的作用力大小为__F－F0__。假设导线框在磁场中的这条边的长度为L、线圈匝数为N，那么利用上述数据计算待测磁场的磁感应强度的表达式为B＝__eq\f(F－F0,INL)__。解析：在接通电路前，重力等于弹簧的拉力，即F0；接通电路导线框受到重力、安培力和拉力的作用，处于平衡状态，平衡方程为：F－G－F安＝0所以：F安＝F－G＝F－F0又：F安＝NBIL那么：B＝eq\f(F－F0,INL)。6．(沈阳市东北育才中学2022～2022学年高二上学期检测)如下图，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m，质量为6×10－2kg的通电直导线，电流I＝1A，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0.4T，方向竖直向上的磁场中，设t＝0，B＝0，那么需