学年高中物理第三章磁场第节通电导线在磁场中受到的力课时训练含解析新人教版选修-.doc

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1、第4节通电导线在磁场中受到的力根底训练安培力的方向1.2017年1月25日,在中央电视台CCTV10频道播出节目中,海军电力工程专家马伟明院士表示,正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局!电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,电磁炮就是利用电磁弹射工作的。电磁炮的原理如下图,那么炮弹导体滑块受到的安培力的方向是(C)A.竖直向上B.竖直向下C.水平向左D.水平向右解析:根据左手定那么可知,张开左手,使四指与大拇指在同一平面内,大拇指与四指垂直,把左手放入磁场中,让磁感线穿过手心,四指与电流方向相同,大拇指所指的方向是安培力的方向,故受到的安培力水平向左,故C正确。

2、2.如下图,把一根通电的硬直导线ab,用轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间,导线a端所受安培力的方向是(D)A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里解析:开关闭合时,螺线管右端为N极,由左手定那么判断导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里,选项D正确。3.如下图,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于同一竖直平面内,为使MN垂直纸面向里运动,可以(C)A.将a,c端接在电源正极,b,d端接在电源负极B.将b,d端接在电源正极,a,c端接在电源负极C.将a,d端接在电源正极,b,c端接在电源负极D.无论怎么连接,直杆MN都不可能

3、向里运动解析:将a,c端接在电源正极,b,d端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向上,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向外,那么MN垂直纸面向外运动,不符合题意,应选项A错误;将b,d端接在电源正极,a,c端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向下,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向外,那么MN垂直纸面向外运动,不符合题意,应选项B错误;将a,d端接在电源正极,b,c端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向下,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向里,那么MN垂直纸面向里运动,符合题意,应选项C正确,D错误。安培力的大小4.关于磁场对通

4、电直导线作用力的大小,以下说法中正确的选项是(B)A.通电直导线跟磁场方向平行时作用力最小,但不为零B.通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大C.作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角大小无关D.通电直导线跟磁场方向不垂直时肯定无作用力解析:通电导线受安培力的条件为导线与磁场有一定夹角,当通电直导线与磁场方向平行时,导线不受安培力作用,当导线与磁场方向垂直时,安培力最大,最大值为F=ILB,根据左手定那么可知安培力的方向与磁场垂直,应选项A,C,D错误,B正确。5.将通电直导线置于匀强磁场中,导线与磁场方向垂直。假设仅将导线中的电流增大为原来的3倍,那么该匀强磁场的磁感应强度(B)A.减小为原来的B

5、.保持不变C.增大为原来的3倍D.增大为原来的9倍解析:导线与磁场方向垂直,那么导线受到的安培力为F=ILB。假设仅将导线中的电流增大为原来的3倍,那么安培力将增大为原来3倍,而磁场的磁感应强度只与磁场本身有关,与电流大小无关,那么该磁场的磁感应强度仍不变,应选项B正确,A,C,D错误。6.(2022浙江名校新高考研究联盟第一次联考)如下图为某一通电螺线管俯视截面图,一枚可自由转动的小磁针放置在它的左端。矩形线圈abcd放置在螺线管内,ab=l1,bc=l2,在螺线管内通入如下图的电流,螺线管内产生磁感应强度为B的匀强磁场,以下说法正确的选项是(C)A.螺线管内磁场方向水平向右B.小磁针右端为

6、N极C.假设线圈abcd通入顺时针方向的电流,那么bc边所受安培力垂直纸面向里D.假设线圈abcd中通入大小为I的电流,那么ab边受到的安培力大小为BIl1解析:根据右手定那么可知,螺线管的磁场N极在左端,所以小磁针的N极应该在左侧,选项B错误,螺线管内部的磁场方向向左,所以选项A错误。假设线圈abcd通入顺时针方向的电流,根据左手定那么,bc段所受安培力应该垂直纸面向里,选项C正确。ab边与磁场方向平行,所受安培力为零,选项D错误。7.(2022浙江“七彩阳光联盟联考)如下图,水平放置的两条金属导轨与电阻、电源及开关相连,导轨的电阻不计。两根粗细均匀的导体棒a,b放在导轨上,两棒的材料、横截

7、面积均相同,电阻不能忽略,它们与导轨夹角分别为90,60。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。导轨间距为L,a,b棒与导轨接触良好,合上开关后导体棒a中的电流为I。关于a,b两棒所受安培力Fa,Fb,以下说法正确的选项是(D)A.Fa=BIL,Fb=BILB.Fa=0,Fb=BILC.Fa=BIL,Fb=BILD.Fa=BIL,Fb=BIL解析:根据题意,a,b两金属棒并联,那么Ua=Ub,I=,安培力F=BIL,联立起来可知F=BIL=BS,说明两根金属棒所受安培力相等,所以选项D正确。安培力作用下导体的平衡8.(2022浙江省名校协作体联考)小明有一个磁浮玩具,其原理是利

8、用电磁铁产生磁性,让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来,其构造如下图。假设图中电源的电压固定,那么以下表达正确的选项是(D)A.电路中的a端点须连接直流电源的负极B.电路中的a端点连接直流电源的正极或负极C.假设将可变电阻的电阻值调大,那么玩偶在该位置具有向上的加速度D.假设将可变电阻的电阻值调大,可减小玩偶飘浮的最大高度解析:由题意可知,螺线管上方应该为N极,即电流应该从下方流向上方,所以a为电源正极,选项A,B均错;增大滑动变阻器电阻,那么电流减小,磁感应强度变小,所以玩偶飘浮的最大高度减小,选项C错,D正确。9.(2022浙江绍兴一中月考)如下图,在倾角为=30的斜面上,固定一宽L=0.25

9、m的平行金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E=12 V,内阻r=1 ,一质量m=20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B=0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)。金属导轨是光滑的,取g=10 m/s2,要保持金属棒在导轨上静止,求:(1)金属棒所受到的安培力的大小;(2)通过金属棒的电流的大小;(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值。解析:(1)金属棒静止在导轨上受力平衡,如下图F安=mgsin 30,代入数据得F安=0.1 N。(2)由F安=BIL,得I=0.5 A。(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R0,根据闭合电路欧

10、姆定律得E=I(R0+r),解得R0=-r=23 。答案:(1)0.1 N(2)0.5 A(3)23 能力提升10.(2022浙江名校协作体高三开学考试)如下图,质量为m,长为l的铜棒ab,用长度也为l的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中,未通电时,轻导线静止在竖直方向,通入大小为I的恒定电流后,棒向外偏转的最大角度为,那么(C)A.棒中电流的方向为baB.磁场的大小为C.磁场的大小为D.假设只增大轻导线的长度,那么角度增大解析:根据ab的摆动情况来看,利用左手定那么,电流方向应该为从a到b,所以选项A错误;安培力的大小、方向保持不变,根据动能定理BIllsin -mgl(1-cos )

11、=0,化简之后B=,选项C正确,B错误;假设D说法正确,意思就是说只要增加导线长度,角度可以不断变大,例如角度可增加到180,但是在这个过程中安培力不做功,重力做负功,明显违反了动能定理,选项D错误。11.(多项选择)如下图为实验室电磁炮的模型图,在倾角=37的绝缘斜面上固定两条不计电阻、宽d=1 m的平行金属导轨。导轨处在垂直斜面向下B=2 T的匀强磁场中。导轨下端接有电动势E=24 V、内阻r=1 的电源,滑动变阻器的阻值变化范围为010 ,允许通过的最大电流为5 A。导轨上放置一(连同金属杆PQ)质量m=1 kg的电磁炮,金属杆PQ垂直两金属导轨放置,金属杆电阻R0=2 ,与导轨间动摩擦

12、因数为0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。闭合开关S使电磁炮在斜面上静止,那么变阻器连入电路的阻值可能是(取g=10 m/s2, sin 37=0.6)(BC)A.2 B.4 C.6 D.8 解析:电磁炮静止在导轨上时受重力、支持力、安培力和摩擦力,其中摩擦力可能沿导轨向上,也可能沿导轨向下,由平衡条件可知 mgsin Ff=IdB,又Ff=mgcos ,代入数据并依据题意可得2.2 AI3.8 A,由闭合电路欧姆定律可知I=,解得 R ,应选项B,C正确。12.如下图,水平放置的两导轨P,Q间的距离L=0.5 m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2 T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1 kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G=3 N的物块相连。ab棒与导轨间的动摩擦因数=0.2,电源的电动势E=10 V、内阻r=0.1 ,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计。要想ab棒处于静止状态,电阻R应在哪个范围内取值?(g取10 m/s2)解析:依据物体的平衡条件可得,ab棒恰不右滑时:G-mg-BI1L=0ab棒恰不左滑时:BI2L-G-mg=0依据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)由以上各式代入数据可解得R1=9.9 ,R2=1.9 所以R的取值范围为1.9 R9.9 。答案:1.9 R9.9