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2019-2020年高中物理第三章磁场
3.4通电导线在磁场中受到的力检测新人教版选修1.多选下列叙述正确的是 A.放在匀强磁场中的通电导线受到恒定的磁场力B.沿磁感线方向,磁场逐渐减弱C.磁场的方向就是通电导体所受磁场力的方向D.安培力的方向一定垂直磁感应强度和直导线所决定的平面【解析】 由F=BILsinθ知A正确.F方向一定与B和I所决定的平面垂直,所以D项正确.【答案】 AD2.如图所示,一根有质量的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬于a、b两点,棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,棒中通有电流,方向从M流向N,此时悬线上有拉力,为了使拉力等于零,可以 A.适当减小磁感应强度B.使磁场反向C.适当增大电流D.使电流反向【解析】 为使悬线拉力为零,安培力的方向必须向上且增大才能与重力平衡,即合力为零,由左手定则可知,A、B、D错误,C正确.【答案】 C3.如图所示,一束粒子沿水平方向平行飞过小磁针上方时,小磁针的S极向纸外偏转,这一粒子束可能是 A.向左飞行的正离子束或负离子束B.向右飞行的正离子束或负离子束C.向左飞行的正离子束D.向右飞行的正离子束【解析】 向右飞行的正离子束形成的电流方向向右,根据安培定则可知,正离子在下方产生的磁场方向向里,则N极转向里,S极转向外,因此可以是正离子向右飞行,也可以负离子向左飞行,A、若向左飞行的正离子束或负离子束,不符合题,故A错误.B、向右飞行的正离子束或负离子,也不符合题意,故B错误.C、向左飞行的正离子束形成的电流方向向左,根据安培定则可知,离子在下方产生的磁场方向向外,则N极转向外,S极转向里,不符合题意.故C错误.D、向右飞行的正离子束形成的电流方向向右,根据安培定则可知,离子在下方产生的磁场方向向里,则N极转向里,S极转向外,故D正确.【答案】 D4.多选如图是4个同学所画的通电导线在磁场中的受力示意图,其中正确的是 【解析】 通电导线在磁场中受到安培力作用,其方向均由左手定则来确定.左手定则内容是伸开左手大拇指垂直四指且在同一平面内,让磁感线穿过掌心,四指指的是电流的方向,则大拇指就是安培力的方向.所以安培力方向与磁场方向垂直、与电流方向垂直,即其与磁场和电流的方向所构成的平面垂直.A、电流方向垂直纸面向里,磁场水平向右,由左手定则可知安培力竖直向下,故A错误;B、电流方向垂直纸面向外,磁场竖直向下,由左手定则可知安培力竖直向右,故B正确;C、电流方向向上,磁场的方向垂直纸面向里,由左手定则可得安培力方向竖直向左,故C正确;D、电流方向水平向左,磁场方向垂直纸面向外,由左手定则可知,安培力方向竖直向上,故D错误;故选BC.【答案】 BC5.如图,长为2l的直导线折成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,当在该导线中通以电流强度为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为 A.0B.
0.5BIlC.BIlD.2BIl【解析】 安培力公式F=BIL,其中L为垂直放于磁场中导线的有效长度,图中的有效长度为虚线所示,其长度为l,所以通电导线受到的安培力F=IBl,选项C正确.【答案】 C6.在赤道上,地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场,磁感应强度是5×10-5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线,长40m,载有20A的电流,地磁场对这根导线的作用力大小是 A.4×10-2NB.
2.5×10-2NC.9×10-2ND.4×10-3N【解析】 根据安培力公式得F=BIL,代入数据解得F=4×10-2N,A选项正确.【答案】 A7.如图是磁电式电流表的结构,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布,线圈中a、b两条导线长均为l,通以图示方向的电流I,两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则 A.该磁场是匀强磁场B.线圈平面总与磁场方向垂直C.线圈将逆时针方向转动D.a、b导线受到的安培力大小总为IlB【解析】 该磁场是辐向均匀分布的,不是匀强磁场,A选项错误;线圈平面总与磁场方向平行,B选项错误;根据左手定则可知,线圈a导线受到向上的安培力,b导线受到向下的安培力,线圈顺时针方向转动,C选项错误;a、b导线始终与磁场垂直,受到安培力大小总为IlB,D选项正确.【答案】 D8.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】 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.【答案】 D9.如图所示,一根长度为L、质量为m的导线AB,用软导线悬挂在方向水平的磁感应强度为B的匀强磁场中,现要使悬线张力为零,则AB导线通电方向怎样?电流大小是多少?【解析】 要使悬线张力为零,AB导线受到的磁场力必须是向上,由左手定则可判断出电流方向是由A到B,设悬线张力刚好为零,由二力平衡得ILB=mg,所以I=mg/LB.【答案】 电流方向是由A到B I=mg/LB能力提升
1.如图所示,两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流,a受到的磁场力大小为F1,当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小为F2,则此时b受到的磁场力大小变为 A.F2B.F1-F2C.F1+F2D.2F1-F2【解析】 根据安培定则和左手定则,可以判定a导线受b中电流形成的磁场的作用力F1,方向向左,同理b受a磁场的作用力大小也是F1,方向向右.新加入的磁场无论什么方向,a、b受到的这个磁场的作用力F总是大小相等、方向相反.如果F与F1方向相同,则两导线受到的力大小都是F+F1,若F与F1方向相反,a、b受到的力的大小都是|F-F1|.因此当再加上磁场时,若a受的磁场力大小是F2,b受的磁场力大小也是F
2.A选项正确.【答案】 A
2.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定不动的线圈L2互相垂直放置,且两线圈的圆心重合,当两线圈同时通以如图所示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将 A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸外平动【解析】 环形电流L
1、L2之前不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向、平行为止,据此可得L1的转动方向应是从左向右看线圈L1逆时针转动.【答案】 C
3.如图,一段导线段abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向垂直于纸面向里垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为 A.方向沿纸面向上,大小为+1ILBB.方向沿纸面向上,大小为-1ILBC.方向沿纸面向下,大小为+1ILBD.方向沿纸面向下,大小为-1ILB【解析】 导线段abcd的有效长度为线段ad,由几何知识知Lad=+1L,故导线段abcd所受磁场的作用力的合力大小F=ILadB=+1ILB,导线有效长度的电流方向为a→d,根据左手定则可以确定导线所受合力方向沿纸面向上,故A项正确.【答案】 A4.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】 作出侧视图,并对导体棒进行受力分析,如图所示,据图可得tanθ=,若棒中的电流I变大,则θ变大,选项A正确;若两悬线等长变短,则θ不变,选项B错误;若金属棒的质量m变大,则θ变小,选项C错误;若磁感应强度B变大,则θ变大,选项D错误.【答案】 A5.质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下,如图所示,求MN所受的支持力和摩擦力的大小.【解析】 导体棒MN处于平衡状态,注意题中磁场方向与MN是垂直的,作出其侧视图,对MN进行受力分析,如图所示.由平衡条件有Ff=Fsinθ,FN=Fcosθ+mg,其中F=ILB解得FN=ILBcosθ+mg,Ff=ILBsinθ.【答案】 ILBcosθ+mg ILBsinθ
6.如图所示,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的取值范围怎样时棒处于静止状态?g取10m/s2【解析】 依据物体平衡条件可得恰不右滑时G-mgμ-BLI1=0
①恰不左滑时G+mgμ-BLI2=0
②依据闭合电路欧姆定律可得E=I1R1+r
③E=I2R2+r
④联立
①③得R1=BLE/G-mgμ-r=
9.9Ω联立
②④得R2=BLE/G+mgμ-r=
1.9Ω所以R的取值范围为
1.9Ω≤R≤
9.9Ω.【答案】
1.9Ω≤R≤
9.9Ω。