2024高中物理第三章磁场课时24通电导线在磁场中受到的力训练含解析新人教版选修3-1

PAGEPAGE9通电导线在磁场中受到的力eq\o(\s\up7(限时：45分钟总分：100分),\s\do5())一、单项选择题(每小题6分，共42分)1．如图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点距离均相等，导线中电流均相等，则有关各图中导线所受安培力的大小的推断正确的是(C)A．d图最大 B．b图最大C．一样大 D．无法推断解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥为垂直于磁场方向的有效长度，a、b、c、d四个图中导线的有效长度相等，所以所受的安培力相等．2.将闭合通电导线圆环平行于纸面缓慢地竖直向下放入水平方向垂直纸面对里的匀强磁场中，如图所示，则在通电圆环从刚进入到完全进入磁场的过程中，所受的安培力的大小(C)A．渐渐增大 B．渐渐变小C．先增大后减小 D．先减小后增大解析：通电圆环受到的安培力大小F＝ILB，其中I、B分别为所通电流大小、磁感应强度大小，L指有效长度，它等于圆环所截边界线的长度．由于L先增大后减小，安培力先增大后减小，C正确．3．如图所示为两根相互平行的通电导线a、b的横截面图，a、b的电流方向已在图中标出．那么导线a中电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向应分别为(B)A．磁感线顺时针方向，磁场力向左B．磁感线顺时针方向，磁场力向右C．磁感线逆时针方向，磁场力向左D．磁感线逆时针方向，磁场力向右解析：由安培定则推断出导线a在导线b处产生的磁场方向是竖直向下的；再由左手定则推断出导线b受的安培力是水平向右的，答案B正确．4．如图所示，匀称绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方旁边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对里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(D)A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上解析：闭合开关S，由安培定则可知在A处的磁场水平向左，再由左手定则可推断其受安培力方向竖直向上．5.如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为A．3BIL，方向b→cB．4BIL，方向b→aC．7BIL，方向垂直于ac连线斜向上D．5BIL，方向垂直于ac连线斜向上解析：导线受到磁场力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上．导线在磁场内有效长度为：eq\r(3L2＋4L2)＝5L，故该通电导线受到安培力大小为F＝5BIL，选项D正确．6.如图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量匀称分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图．当圆盘高速绕中心轴OO′顺时针转动时，通电直导线所受安培力的方向是(C)A．竖直向上 B．竖直向下C．水平向里 D．水平向外解析：电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，因为圆盘带负电，如题图转动时，所以形成逆时针方向的电流，依据右手螺旋定则可知，在圆盘上方形成的磁场方向竖直向上，依据左手定则可得安培力的方向水平向里，C正确．7．如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中心上方固定一根长直导线，导线与条形磁铁垂直．当导线中通以垂直纸面对里的电流时，用FN表示磁铁对桌面的压力，F静表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前受力相比较是(C)A．FN减小，F静＝0 B．FN减小，F静≠0C．FN增大，F静＝0 D．FN增大，F静≠0解析：如图所示，画出一条通电电流为I的导线所在处的磁铁的磁感线，电流I处的磁场方向水平向左，由左手定则知，电流I受安培力方向竖直向上．依据牛顿第三定律可知，电流对磁铁的反作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，而桌面对磁铁无摩擦力作用，故正确选项为C.二、多项选择题(每小题8分，共24分)8．试验室常常运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匀称辐向分布的．若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是(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：指针在量程内线圈肯定处于磁场之中，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．9．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(BC)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：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推断受力向左，cd边远而且由左手定则推断受力向右，所以ab边、cd边受合力方向向左，故B、C选项正确．10．如图所示，一根通电的直导线放在倾斜的粗糙导轨上，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，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小改变状况可能是(AB)A．始终增大 B．先减小后增大C．先增大后减小 D．始终为零解析：若F安＜mgsinθ，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，C、D错；若F安＞mgsinθ，摩擦力向下，随F安增大而始终增大，A对．三、非选择题(共34分)11.(16分)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，方向垂直纸面对外，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时，B＝0，则须要多长时间斜面对导线的支持力为零？(g取10m/s2答案：5s解析：导线恰要离开斜面时受力状况如图所示．由平衡条件，得F＝mg/tan37°①而F＝BIl②B＝0.4t③代入数据并联解①②③即得t＝5s.12．(18分)如图所示，电源电动势E＝2V，r＝0.5Ω，竖直导轨宽L＝0.2m，导轨电阻不计．另有一金属棒ab，质量m＝0.1kg，电阻R＝0.5Ω，它与轨道间的动摩擦因数μ＝0.4，金属棒靠在导轨的外面．为使金属棒静止不下滑，施加一个与纸面夹角为30°且方向向里的匀强磁场，g取10m/s2.求：(1)磁场的方向；(2)磁感应强度B的取值范围．答案：(1)斜向下(2)3.0T≤B≤16.3T解析：(1)通电导线ab的截面受力分析如图所示(从a端看)，由图可知磁场方向斜向下．(2)当ab棒有下滑的趋势时，受向上的静摩擦力为F1，则有Fsin30°＋F1－mg＝0又F＝B1ILF