2019新一线增分方案教科版物理选修3-1同步随堂演练：第三章 2 第2节　磁场对通电导线的作用——安培力 Word版含解析.pdf

1关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是( ) A安培力的方向可以不垂直于直导线 B安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半 解析 ： 选B.安培力的方向始终与电流方向和磁场方向垂直， 选项A错误、 B正确 ； 由FBILsin 可知，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，选项 C 错误；将直导线从中 点折成直角时，因磁场与导线的夹角未知，则安培力的大小不能确定，选项 D 错误 2.在如图所示磁场中， ab 是闭合电路的一段导体， ab 中的电流方向为 ab， 则 ab 受到的安培力的方向为( ) A向上 B向下 C向里 D向外 解析：选 C.根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向下穿过手心，则 手心朝上 四指指向电流方向， 则指向右， 拇指指向纸内， 故导线受到的安培力向里， 故 A、 B、 D 错误，C 正确 3.如图所示， 长为 3l 的直导线折成三段做成正三角形， 并置于与其所在 平面相垂直的匀强磁场中，磁场的强弱为 B，当在该导线中通以电流强 度为 I 的电流时，该通电导线受到的安培力大小为( ) A2BIl B BIl 3 2 C.BIl D0 2 3 2 解析：选 A.导线 AB 段和 BC 段的有效长度为 2lsin 30°l，所以该通电导线受到的安培力 大小为 FBIlBIl2BIl，选项 A 正确 4(多选)如图所示，一金属直杆 MN 两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN 与 线圈轴线均处于竖直平面内，为使 MN 垂直纸面向外运动，可以( ) 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将 a、c 端接在同一交流电源的一端，b、d 端接在交流电源的另一端 解析：选 ABD.根据选项，把直杆所在处的磁场方向和直杆中的电流方向画出来，故 A、B 正确若使 a、c 两端(或 b、d 两端)的电势相对于另一端 b、d(或 a、c)的电势的高低做同步 变化，线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样，故 D 也正确 5如图所示，平行金属导轨 PQ 与 MN 都与水平面成 角，相距为 l.一根质量为 m 的金属 棒 ab 在导轨上，并保持水平方向，ab 棒内通有恒定电流，电流大小为 I，方向从 a 到 b.空 间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场，ab 棒在磁场力的作用下保持静止，并且棒与导 轨间没有摩擦力求磁感应强度 B 的大小和方向 解析：金属棒受力如图所示， 根据力的平衡条件可知： F安mgsin 而 F安BIl 可得 Bmgsin Il 由左手定则可知，B 的方向垂直导轨平面向下 答案： 方向垂直导轨平面向下 mgsin Il 一、单项选择题 1.如图所示，在“研究影响通电导体所受磁场力的因素”的实验中，要使 导体棒的悬线向右的摆角增大，以下操作中可行的是( ) A减少磁铁的数量 B增大导体棒中的电流 C颠倒磁铁磁极的上下位置 D改变导体棒中的电流方向 解析：选 B.增大安培力即可使导体摆动的幅度增大，根据安培力的公式 FBIL 可知，增加 磁铁的数量，在磁场中有效长度增加，安培力增加；增大导体棒中的电流，安培力增大；改 变导体棒中的电流方向，只会改变安培力的方向，不会改变安培力的大小，B 正确 2.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：选 C.首先对 MN 进行受力分析，受竖直向下的重力 G，受两根软导线的竖直向上的 拉力和安培力处于平衡时：2FBILmg，重力 mg 恒定不变，欲使拉力 F 减小到 0，应 增大安培力 BIL，所以可增大磁场的强弱 B 或增加通过金属棒中的电流 I，或二者同时增大 3.如图所示，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，方向垂直纸面向 里过 c 点的导线所受安培力的方向( ) A与 ab 边垂直，指向左边 B与 ab 边垂直，指向右边 C与 ab 边平行，竖直向上 D与 ab 边平行，竖直向下 解析：选 A.等边三角形的三个顶点 a、b、c 处均有一通电导线，且导线中通有大小相等的 恒定电流由安培定则可得：导线 a、b 的电流在 c 处的合磁场方向竖直向下再由左手定 则可得：安培力的方向是与 ab 边垂直，指向左边 4.一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左 向右，如图所示在导线以其中心点为轴转动 90°的过程中，导线受到的 安培力( ) A大小不变，方向不变 B由零增大到最大，方向时刻改变 C由最大减小到零，方向不变 D由零增大到最大，方向不变 解析：选 D.导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小 角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过 90°时，电流与磁场 垂直，此时导体所受安培力最大根据左手定则判断知，力的方向始终不变，选项 D 正确 5.如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固定一根与磁铁 垂直的长直导线当导线中通以由外向内的电流时磁铁仍然保持静止，则 ( ) A磁铁受到向左的摩擦力，对桌面的压力减小 B磁铁受到向右的摩擦力，对桌面的压力减小 C磁铁受到向左的摩擦力，对桌面的压力增大 D磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变 解析：选 A.由左手定则判断知磁铁对通电导线的作用力斜向左下方，根据牛顿 第三定律，通电导线对磁铁的反作用力方向为斜向右上方， 对磁铁受力分析， 受 力情况如图所示 由图知， 磁铁受到向左的摩擦力， 对桌面的压力大小为 NGF安·sin ， 而导线中没有电流时 NG，可见 A 选项正确 6.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相 接触， 并使它组成如图所示的电路图当开关S接通后，将看到的现象是( ) A弹簧向上收缩 B弹簧被拉长 C弹簧上下跳动 D弹簧仍静止不动 解析：选 C.因为通电后，弹簧线圈中每一圈之间的电流是同向的，互相吸引， 线圈就缩短， 电路就断开，一断开电流就消失，线圈就又落下接通电路如此通断通断， 就上下跳动 7.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 . 如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是( ) A棒中的电流变大，角变大 B两悬线等长变短，角变小 C金属棒质量变大，角变大 D磁感应强度变大，角变小 解析：选 A.导体棒受力如图所示tan ；棒中电流 I 变大，角 F mg BIL mg 变大， 故 A 正确；两悬线等长变短，角不变， 故 B 错误；金属棒质量变大， 角变小，故 C 错误；磁感应强度变大，角变大，故 D 错误 二、多项选择题 8关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是( ) A通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用 B通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直 C通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直 D通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由 B 和 I 所确定的平面 解析：选 BCD.当电流方向与磁场方向平行时，通电直导线不受安培力作用，故 A 错误；据 左手定则，判定安培力方向总垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面，故 B、C、D 均正 确 9.如图所示，金属细棒的质量为 m，用两根相同的轻弹簧吊放在水平方向 的匀强磁场中弹簧的劲度系数为 k.棒 ab 中通有稳恒电流，棒处于平衡 状态，并且弹簧的弹力恰好为零若电流大小不变而方向相反，则( ) A每根弹簧弹力的大小为 mg B每根弹簧弹力的大小为 2mg C每根弹簧形变量为mg k D每根弹簧形变量为2mg k 解析：选 AC.开始时，对导体棒由受力平衡得： mgF安 当电流反向后，设弹簧的伸长量为x，对导体棒由受力平衡得： 2kxmgF安 由得x，故选项 A、C 正确 mg k 10.质量为 m 的通电细杆 ab 置于倾角为 的平行导轨上，导轨宽度为 d， 杆ab与导轨间的动摩擦因数为 .有电流时 ab恰好在导轨上静止(如图所示)， 以下是在沿 ba 方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方 向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是( ) 解析：选 AB.若杆在重力、安培力、弹力的作用下可以处于平衡状态，则杆与导轨间的摩擦 力为零由左手定则判断安培力的方向：图 A 中安培力水平向右，摩擦力可能为零，A 选 项正确；图 B 中安培力竖直向上，摩擦力可能为零，B 选项正确；图 C 中安培力竖直向下， 没有摩擦力，杆不可能平衡，C 选项错误；图 D 中安培力水平向左，没有摩擦力，杆不可 能平衡，D 选项错误 三、非选择题 11.如图所示，两平行光滑金属导轨与水平面间的夹角45°，相距为 20 cm；金属棒 MN 的质量为 1×102 kg，电阻 R8 ； 匀强磁场方向竖 直向下， B0.8 T，电源电动势 E10 V， 内阻 r1 .当电键 S 闭合时，MN 处于平衡状态，求变阻器 R1的取值为多少？(忽略金属导轨的电阻，取 g 10 m/s2) 解析：沿 MN 的方向看去， 导体棒 MN 受重力、支持力、安培力，这三个力在同一竖直平面内，如图 所示 由受力图及平衡条件有： mgsin BILcos 0 由闭合电路的欧姆定律有： EI(RR1r) 由两式解得：R17 . 答案：7 12.如图，在平行倾斜固定的导轨上端接入电动势 E50 V，内阻 r1 的电源和滑动变阻器 R， 导轨的宽度 d0.2 m， 倾角 37°.质量 m 0.11 kg 的细杆 ab 垂直置于导轨上，与导轨间的动摩擦因数 0.5，整个装置处在竖直向下的磁感应强度 B2.2 T 的匀强磁场中， 导轨与杆的电阻不计现调节 R 使杆 ab 静止不动已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力， sin 37°0.6，cos 37°0.8，g 取 10 m/s2.求： (1)杆 ab 受到的最小安培力 F1和最大安培力 F2； (2)滑动变阻器 R 有效电阻的取值范围 解析：(1)由题意知：当 ab 棒具有向下的运动趋势时所受安培力最小，当 ab 棒具有向上的 运动趋势时所受安培力最大，由物体平衡条件有： F1cos (mgcos F1sin )mgsin F2cos (mgcos F2sin )mgsin 联解得：F10.2 N，F22.2 N. (2)设导体棒所受安培力为 F1、F2时对应 R 的值为 R1和 R2，则有： I1，I2 E R1r E R2r F1BI1d F2BI2d 联解得：R1109 ，R29 则：9 R109 . 答案：(1)0.2 N 2.2 N (2)9 R109