高中物理 3.4 通电导线在磁场中受到的力练习 新人教版选修3-1

【成才之路】版高中物理3.4通电导线在磁场中受到的力练习新人教版选修3-1基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．(济南一中～学年高二上学期期末)根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示：把待发炮弹(导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去。现要提高电磁炮的发射速度，你认为下列方案在理论上可行的是()A．减小电流I的值B．增大磁感应强度B的值C．减小磁感应强度B的值D．改变磁感应强度B的方向，使之与炮弹前进方向平行答案：B解析：根据F＝BIL可知，选项B正确，A、C错误；根据左手定则可知，选项D错误。2．(河北衡水中学～学年高二上学期期中)如图所示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。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为()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答案：B解析：由左手定则，电流的方向O→C，由B＝eq\f(F,IL)得I＝eq\f(F,BL)＝2A。3．(辽宁省实验中学北校～学年高二上学期检测)在匀强磁场中放入通有相同电流的三条不同形状的导线，如图所示，每条导线的两个端点间的距离相等，问所受磁场力最大的导线是()A．甲线最大 B．乙线最大C．丙线最大 D．三条线一样大答案：D解析：由题意可知，三个图中导线的有效长度相同，而且均垂直于磁场，故根据公式F＝BIL可知，三条线所受安培力一样大，故A、B、C错误，D正确。4.(潍坊一中～学年高二上学期检测)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()答案：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，根据左手定则可知导线受到安培力向里，B错；匀强磁场垂直纸面向外，由左手定则可知导线受到安培力水平向右，C错、D对。5.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。下列说法正确的是()A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动答案：BD解析：若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，由左手定则判定金属杆受安培力向左，则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．某同学用如图所示的实验装置研究电流在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向之间的关系。(1)该同学将观察到的实验现象记录在下表中，表中有部分记录缺失，请补充完整。实验次序P中电流方向磁场方向P的运动方向1⊙↓→2↑←3⊗→(2)某次实验中闭合开关后，金属棒P不动，写出一种可能的原因。答案：(1)如表所示实验次序P中电流方向磁场方向P的运动方向1⊙↓→2⊙↑←3⊗↑→(2)金属棒受到的摩擦力太大，金属棒与导轨接触不良，磁场太弱，电流太小等。解析：(1)在B、L相互垂直的情况下，已知电流、磁场和安培力三个方向中的两个，根据左手定则即可确定第三个方向。根据已知条件和左手定则可以判断分别为：电流方向垂直纸面向外、磁场方向竖直向上。(2)金属棒P不动，说明金属棒所受安培力小于静摩擦力的最大值，故可以解释为：金属棒受到的摩擦力太大，金属棒与导轨接触不良，磁场太弱，电流太小等。(合理即可)7.如图所示，水平导轨间的距离L＝0.5m，B＝2T，ab棒的质量m＝1kg，物块重G＝3N，ab棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.2，电源的电动势E＝10V，r＝0.1Ω，导轨的电阻不计，ab棒电阻也不计，问R的取值范围为多少时棒处于静止状态？(g取10m/s2)答案：1.9Ω≤R≤9.9Ω解析：根据物块平衡条件可得：恰不右滑时：G－μmg－I1LB＝0 恰不左滑时：G＋μmg－I2LB＝0 根据全电路欧姆定律可得E＝I1(R1＋r) ③E＝I2(R2＋r) ④联立①③得R1＝eq\f(BEL,G－μmg)－r＝9.9Ω联立②④得R2＝eq\f(BEL,G＋μmg)－r＝1.9Ω所以R的取值范围为1.9Ω≤R≤9.9Ω。能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．在下图所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小为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答案：D解析：无论开关置于a还是置于b，两导线中通过的都是反向电流，相互间作用力为斥力，A、C错误。开关置于位置b时电路中电流较大，导线间相互作用力也较大，故D正确。2.如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()A．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B．如果台秤示数增大，说明磁铁右端是北极C．无论如何台秤的示数都不可能变化D．以上说法都不正确答案：A解析：如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A正确，B、C、D错误。3.两条通电的直导线互相垂直，如图所示，但两导线相隔一小段距离，其中导线AB是固定的，另一条导线CD能自由转动。它们通以图示方向的直流电流时，CD导线将()A．逆时针方向转动，同时靠近导线ABB．顺时针方向转动，同时靠近导线ABC．逆时针方向转动，同时离开导线ABD．顺时针方向转动，同时离开导线AB答案：A解析：由安培定则可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆心的同心圆，AB中电流所产生的磁场在CD导线所在平面内的磁感线如图甲所示(俯视图甲)。由左手定则可知，CD通电导线在M点受到的磁场力垂直于纸面向里，在N点受到的磁场力垂直于纸面向外。由于磁场的对称性，M、N两点的磁场力大小相等、方向相反，使得CD通电导线转动起来，即CD电流将会转到与AB同向的位置。在图乙中，CD中的电流所受到的磁场力由左手定则可知，CD将向AB靠近。4．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。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是()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答案：ABD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。由左手定则知，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。5．(吉林白城市～学年高二上学期期末)如图所示，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，则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是()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．若使b下移，a将不能保持静止答案：ACD解析：由安培定则可知，通电导体棒b周围的磁感应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；若b下移，导体棒受力不平衡，故选项D正确。二、非选择题6．(山东日照市第一中学～学年高二上学期期末)如图所示，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