第3章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力練習(xí)題及答案解析

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1、第3章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力練習(xí)題及答案解析 1.關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力(安培力),下列說法正確的是(  ) A.通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用 B.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場的方向垂直 C.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直 D.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面 答案:BCD 2.(2009年高考海南卷)一根容易形變的彈性導(dǎo)線,兩端固定.導(dǎo)線中通有電流,方向如圖3-4-18中箭頭所示.當(dāng)沒有磁場時,導(dǎo)線呈直線狀態(tài);當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時,描述導(dǎo)線狀態(tài)的

2、四個圖示中正確的是(  ) 圖3-4-18 解析:選D.由左手定則判斷可知D正確. 3.要想提高磁電式電流表的靈敏度,可采用的辦法有(  ) A.增加線圈匝數(shù) B.增加永久性磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C.換用彈性較強(qiáng)的游絲,增大反抗力矩 D.增加線圈面積 解析:選ABD.當(dāng)給電流表通入電流I時,通電線圈就在安培力的作用下轉(zhuǎn)動,同時螺旋彈簧即游絲變形,反抗線圈的轉(zhuǎn)動.研究表明電流表靈敏度將隨著線圈匝數(shù)N、線圈面積S及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增大而提高,隨著螺旋彈簧彈性強(qiáng)弱的增大而降低.故應(yīng)選A、B、D. 4. 圖3-4-19 直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離,直導(dǎo)線固定,

3、線圈可以自由運(yùn)動.當(dāng)通過如圖3-4-19所示的電流時(同時通電),從左向右看,線圈將(  ) A.順時針轉(zhuǎn)動,同時靠近直導(dǎo)線AB B.順時針轉(zhuǎn)動,同時離開直導(dǎo)線AB C.逆時針轉(zhuǎn)動,同時靠近直導(dǎo)線AB D.不動 解析:選C.通電圓環(huán)等效為磁針,上方為N極,直導(dǎo)線AB中的電流在圓環(huán)處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里,由此可知C正確. 5.(2011年廈門一中高二檢測)如圖3-4-20所示,在同一水平面上的兩根導(dǎo)軌相互平行,并處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,一根質(zhì)量為3.6 kg,有效長度為2 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上.當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時,金屬棒做勻速直線運(yùn)動;當(dāng)金屬棒中的電流增加到8 A時,

4、金屬棒的加速度為2 m/s2,求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小. 圖3-4-20 解析:棒勻速動動,有:BI1l=μ mg① 棒勻加速運(yùn)動時,有:BI2l-μ mg=ma② 聯(lián)立①、②解得B==1.2 T. 答案:1.2 T 一、選擇題 1.關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系,下列說法正確的是(  ) A.F、B、I三者必須保持相互垂直 B.F必須垂直B、I,但B、I可以不相互垂直 C.B必須垂直F、I,但F、I可以不相互垂直 D.I必須垂直F、B,但F、B可以不相互垂直 解析:選B.安培力F總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I決定的平面垂

5、直,但B與I(即導(dǎo)線)可以垂直,也可以不垂直.如果通電導(dǎo)線受安培力時,力F與磁場及力F與導(dǎo)線都是垂直的,故A、C、D均錯,B正確. 2.(2011年揚(yáng)州模擬)在赤道上空,水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線,則此導(dǎo)線(  ) A.受到豎直向上的安培力 B.受到豎直向下的安培力 C.受到由南向北的安培力 D.受到由西向東的安培力 解析:選A.赤道上空的地磁場方向是由南向北的,電流方向由西向東,由左手定則判斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的,答案A正確.X k b 1 . c o m 3. 圖3-4-21 通電矩形線框abcd與長直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi),如圖3-4-

6、21所示,ab邊與MN平行.關(guān)于MN的磁場對線框的作用力,下列說法正確的是(  ) A.線框有兩條邊所受的安培力方向相同 B.線框有兩條邊所受的安培力大小相等 C.線框所受的安培力的合力方向向左 D.線框所受的安培力的合力方向向右 解析:選BD.由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外,再由左手定則判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等,方向相反.a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab,cd邊受到向左的安培力Fcd.因ab所處的磁場強(qiáng),cd所處的磁場弱,故Fab>Fcd,線框所受合力方向向右.新 課 標(biāo) 第 一 網(wǎng) 4. 圖3-4-22 (2009年高考全國

7、卷Ⅰ)如圖3-4-22,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直.線段ab、bc和cd的長度均為L,且∠abc=∠bcd=135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示.導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力(  ) A.方向沿紙面向上,大小為(+1)ILB B.方向沿紙面向上,大小為(-1)ILB C.方向沿紙面向下,大小為(+1)ILB D.方向沿紙面向下,大小為(-1)ILB 解析:選A.該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長為(+1)L來等效代替,根據(jù)F=BIL,可知大小為(+1)BIL,方向根據(jù)左手定則可得出.選項A正確. 5.

8、 圖3-4-23 用兩根細(xì)線把兩個完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來,讓兩者等高平行放置,如圖3-4-23所示.當(dāng)兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時,則有(  ) A.兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引 B.兩導(dǎo)線環(huán)相互排斥 C.兩導(dǎo)線環(huán)無相互作用力 D.兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排斥 解析:選A.通電的導(dǎo)線環(huán)周圍能夠產(chǎn)生磁場,磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用.由于導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同,兩者同位置處的電流方向完全相同,相當(dāng)于通入同向電流的直導(dǎo)線,據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律,判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引,故A正確. 6. 圖3-4-24 (2011年蘇州高二檢測)如圖3-4-2

9、4所示,均勻繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A,A與螺線管垂直,A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里,開關(guān)S閉合,A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是(  ) A.水平向左 B.水平向右 C.豎直向下 D.豎直向上w w w .x k b 1.c o m 解析:選D.先用安培定則判斷螺線管的磁場方向,在A點(diǎn)導(dǎo)線處的磁場方向是水平向左的;再用左手定則判斷出導(dǎo)線A受到的安培力豎直向上.故選D. 7. 圖3-4-25 在等邊三角形的三個頂點(diǎn)a、b、c處,各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖3-4-25所示.過c點(diǎn)的

10、導(dǎo)線所受安培力的方向(  ) A.與ab邊平行,豎直向上 B.與ab邊平行,豎直向下 C.與ab邊垂直,指向左邊 D.與ab邊垂直,指向右邊 解析:選C.根據(jù)直線電流相互作用的規(guī)律可知a與c相互吸引,b與c也相互吸引,所以導(dǎo)線c所受的合力方向一定指向左邊且與ab邊垂直,故C選項正確. 8. 圖3-4-26 (2011年長沙市第一中學(xué)高二階段性考試)如圖3-4-26所示,放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知,為了探明磁鐵的極性,在它中央的正上方固定一導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直,給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流,則(  ) A.如果臺秤的示數(shù)增大,說明磁鐵左端是北極新課標(biāo)第一網(wǎng) B.如果臺秤

11、的示數(shù)增大,說明磁鐵右端是北極 C.無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化 D.以上說法都不正確 解析:選A.如果臺秤的示數(shù)增大,說明導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向下,由牛頓第三定律知,磁鐵對導(dǎo)線的作用力豎直向上,根據(jù)左手定則可判斷,導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右,由磁鐵周圍磁場分布規(guī)律可知,磁鐵的左端為北極,A正確,B、C、D錯誤. 9. 圖3-4-27 如圖3-4-28所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直紙面放置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒,在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時,欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,下列外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確的是(  ) A.B=mg,方向垂直斜面向上

12、 B.B=mg,方向垂直斜面向下 C.B=mg,方向垂直斜面向下 D.B=mg,方向垂直斜面向上 解析:選A.由左 手定則可知,若要使安培力和物體受到的重力和支持力平衡,磁場的方向應(yīng)垂直于斜面向上,由平衡條件列方程得: mgsinα=ILB, 解得B=,故選A. 二、計算題 10.如圖3-4-28所示,在傾角為37° 圖3-4-28 的光滑斜面上有一根長為0.4 m.質(zhì)量為6×10-2 kg的通電直導(dǎo)線,電流I=1 A,方向垂直紙面向外,導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動,整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4 T,方向豎直向上的磁場中,設(shè)t=0,B=0,則需要多長時間斜

13、面對導(dǎo)線的支持力為零?(g取10 m/s2) 新課標(biāo)第一網(wǎng) 解析:支 持力為0時導(dǎo)線的受力如圖所示, 由平衡條件得: F安== N =0.8 N 由F安=BIL得 B==T=2 T 由B=0.4t得t==s=5 s. 答案:5 s 11. 圖3-4-29 (2011年洛陽市高二檢測)如圖3-4-29所示,PQ和MN為水平、平行放置的金屬導(dǎo)軌,相距1 m,導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上,導(dǎo)體棒的質(zhì)量m=0.2 kg,導(dǎo)體棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)滑輪與物體相連,物體質(zhì)量M=0.3 kg,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,方向豎直向下,為了使物體勻

14、速上升,應(yīng)在導(dǎo)體棒中通入多大的電流?方向如何? 解析:為了使物體勻速上升,導(dǎo)體棒所受安培力方向應(yīng)向左,由左手定則可知,導(dǎo)體棒中的電流方向應(yīng)為a→b. 由平衡條件得:BIL=Mg+μmg 解得:I==2 A 答案:2 A 方向a→b 12.如圖3-4-30所示,兩平行光滑導(dǎo)軌相距為L 圖3-4-30 =20 cm,金屬棒MN的質(zhì)量為m=10 g,電阻R=8 Ω,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T,方向豎直向下,電源電動勢E=10 V,內(nèi)阻r=1 Ω,當(dāng)開關(guān)S閉合時,MN恰好平衡,求變阻器R1的取值為多少?設(shè)θ=45°,g取10 m/s2. 解析:MN受力分析如圖所示,因MN平衡,所以有mgsin θ=BILcos θ① 由閉合電路歐姆定律得I=② 由①②并代入數(shù)據(jù)得:R1=7 Ω. 答案:7 Ω

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