高中人教版物理选修3-1课时分层作业3-4通电导线在磁场中受到的力

课时分层作业二十五通电导线在磁场中受到的力(20分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)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是 ()【解析】选D。A图中I与B平行应不受安培力,故A错误,由左手定则知B、C错误,D正确。2.(多选)通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ab边与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用,下列叙述正确的是 ()A.线框有两条边所受的安培力方向相同B.线框有两条边所受的安培力大小相同C.线框所受安培力的合力向左D.线框将绕MN转动【解析】选B、C。通电矩形线框abcd在无限长直通电导线形成的磁场中,受到磁场力的作用,对于ad边和bc边,所在的磁场相同,但电流方向相反,所以ad边、bc边受磁场力(安培力)大小相同,方向相反,即ad边和bc边受合力为零,而对于ab和cd两条边,由于在磁场中,离长直导线的位置不同,ab边近而且由左手定则判断受力向左,cd边远而且由左手定则判断受力向右,所以ab边、cd边受合力方向向左,故B、C选项正确。3.如图所示电路中,电池均相同,当电键S分别置于a、b两处时,导致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<fb【解析】选D。电键S闭合后,MM′、NN′中产生平行反向电流,据安培定则和左手定则可知,两导线相互排斥,A、C错。电键S置于b处时,两段导线中的电流较大,导线产生较强的磁场,对另一导线产生较大的安培斥力,即fa<fb,故B错、D对。4.(多选)要想提高磁电式电流表的灵敏度,可采用的办法有 ()A.增加线圈匝数B.增加永久性磁铁的磁感应强度C.换用弹性较强的游丝,增大反抗力矩D.增加线圈面积【解析】选A、B、D。当给电流表通入电流I时,通电线圈就在安培力的作用下转动,同时螺旋弹簧即游丝变形,反抗线圈的转动。研究表明电流表灵敏度将随着线圈匝数N、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高,随着螺旋弹簧弹性强弱的增大而降低。故应选A、B、D。5.如图所示的两条长直导线AB和CD相互垂直。其中AB固定。CD可以以其中心为轴自由转动或平动。彼此相隔一段很小的距离。当分别通以图示方向的电流I时。CD的运动情况是 ()A.顺时针方向转动、同时靠近导线ABB.顺时针方向转动、同时离开导线ABC.逆时针方向转动、同时靠近导线ABD.逆时针方向转动、同时离开导线AB【解析】选C。AB导线产生的磁场磁感线为第一个图的黑圆线,水平的为CD导线,由左手定则可判断左侧受力向下,右侧受力向上,所以CD导线会逆时针旋转。AB导线和CD导线靠近还是远离可以从第二个图判断,AB产生的磁场如图所示,由左手定则可判断CD导线受力指向AB导线,故CD导线会靠近AB导线。所以C正确。6.(多选)如图所示,一根通电的直导体放在倾斜的粗糙斜面上,置于图示方向的匀强磁场中,处于静止状态。现增大电流,导体棒仍静止,则在增大电流的过程中,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【解析】选A、B。若F安<mgsinα,因安培力向上,则摩擦力向上,当F安增大时,F摩减小到零,再向下增大,B对;若F安>mgsinα,摩擦力向下,随F安增大而一直增大,A对。二、非选择题(14分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.如图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源,电路中有一阻值为R的电阻,其余电阻不计,将质量为m,长度为L的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。【解析】画出导体棒侧面受力示意图如图所示,导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F作用,由牛顿第二定律得mgsinθFcosθ=ma ①F=BIL ②I=QUOTE ③由①②③式可得a=gsinθQUOTE答案:gsinθQUOTE(25分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题5分,共30分)1.如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A,A与螺线管垂直,A导线中的电流方向垂直纸面向里,开关S闭合,A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是 ()A.水平向左 B.水平向右C.竖直向下 D.竖直向上【解析】选D。先用安培定则判断螺线管的磁场方向,在A点导线处的磁场方向是水平向左的;再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上。故选D。2.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,方向如图所示,过c点的导线所受安培力的方向 ()A.与ab边平行,竖直向上B.与ab边平行,竖直向下C.与ab边垂直,指向左边D.与ab边垂直,指向右边【解析】选C。根据直线电流相互作用的规律可知a与c相互吸引,b与c也相互吸引,所以导线c所受的合力方向一定指向左边且与ab边垂直,故C选项正确。3.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向里的电流,用FN表示磁铁对桌面的压力,用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力,导线通电后与通电前相比较 ()A.FN减小,Ff=0 B.FN减小,Ff≠0C.FN增大,Ff=0 D.FN增大,Ff≠0【解析】选C。磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极,因为长直导线在磁铁的中央上方,所以此处的磁感线是水平的,电流的方向垂直于纸面向里,根据左手定则,导线受磁铁给的“安培力”方向竖直向上;长直导线是固定不动的,根据物体间力的作用是相互的,导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的;因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力,压力是增大的;因为这两个力的方向都是竖直向下的,所以磁铁不会发生相对运动,也就不会产生摩擦力。4.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【解析】选A。选金属棒MN为研究对象,其受力情况如图所示。根据平衡条件及三角形知识可得tanθ=QUOTE,所以当棒中的电流I、磁感应强度B变大时,θ角变大,A正确,D错误;当金属棒质量m变大时,θ角变小,C错误;θ角的大小与悬线的长短无关,B错误。5.如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)()A.顺时针方向转动,同时下降B.顺时针方向转动,同时上升C.逆时针方向转动,同时下降D.逆时针方向转动,同时上升【解析】选A。方法一,电流元法。如图所示,把直线电流等效为AO′、O′O、OB三段(O′O段极短)电流元,由于O′O段电流方向与该处磁场方向平行,所以不受安培力作用;AO′段电流元所在处的磁场方向倾斜向上,根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外;OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里。综上可知导线将以OO′段为轴顺时针转动(俯视)。方法二,特殊位置法。把导线转过90°的特殊位置来分析,根据左手定则判得安培力方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动。综上所述,A正确。6.质量为m的通电细杆置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为L,杆与导轨间的动摩擦因数为μ,有电流通过杆,杆恰好静止于导轨上,如下列选项所示(截面图),杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是 ()【解析】选C、D。根据左手定则判断出各图中安培力的方向,对通电细杆进行受力分析,由物体的受力平衡条件可判断选项C、D正确。二、非选择题(20分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离L=0.5m,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度B=2T。垂直于导轨放置的ab棒中点系水平细线,线跨过光滑定滑轮挂上G=3N的物块,已知ab棒与导轨间的最大静摩擦力为2N,电源的电动势E=10V,内阻r=1Ω,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计,细线质量不计,ab棒始终静止在导轨上,(1)判定磁感应强度B的方向并说明依据。(2)求滑动变阻器R的可能值。【解析】(1)根据受力分析可知ab棒所受的安培力一定水平向左,根据左手定则,磁感应强度B的方向垂直于导轨平面向上。(2)滑动变阻器R取最大值时,流过ab棒电流最小,安培力最小,最大静