（山東省專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十五）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力（含解析）新人教版選修3-1.doc

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課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十五） 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力 1．一條勁度系數(shù)較小的金屬?gòu)椈商幱谧杂蔂顟B(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時(shí)，彈簧將(　　) A．保持原長(zhǎng)　　　　　　 B．收縮 C．伸長(zhǎng) D．不能確定 解析：選B　彈簧通電時(shí)，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。 2．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線 B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向 C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān) D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉?lái)的一半 解析：選B　根據(jù)左手定則可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力最大，可見(jiàn)，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，C錯(cuò)誤；如圖所示，電流I和磁場(chǎng)B垂直，直導(dǎo)線受到的安培力F＝BIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場(chǎng)B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力為F′＝BIL，D錯(cuò)誤。 3．如圖所示四種情況中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，載流導(dǎo)體長(zhǎng)度相同，通過(guò)的電流也相同，導(dǎo)體受到的磁場(chǎng)力最大，且方向沿著紙面的情況是(　　) A．甲、乙 B．甲、丙 C．乙、丁 D．乙、丙 解析：選C　對(duì)于甲圖，磁場(chǎng)力F＝BILcos 30，方向垂直紙面向里；對(duì)于乙圖，磁場(chǎng)力F＝BIL，方向沿紙面向下；對(duì)于丙圖，磁場(chǎng)力F＝0；對(duì)于丁圖，磁場(chǎng)力F＝BIL，方向垂直導(dǎo)體沿紙面斜向上，所以，答案為C。 4.如圖所示，長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等，夾角為60的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小和方向(平行于紙面)為(　　) A．BIl　豎直向下 B．BIl　豎直向上 C．2BIl　豎直向下 D．2BIl　豎直向上 解析：選B　導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為2lsin 30＝l，故該V形通電導(dǎo)線受到安培力大小為F＝BI2lsin 30＝BIl，由左手定則可得方向豎直向上，則選項(xiàng)B正確。 5．長(zhǎng)為L(zhǎng)的通電直導(dǎo)線放在傾角為θ的光滑斜面上，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，當(dāng)B方向豎直向上，電流為I1時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，電流比值I1 ∶I2 應(yīng)為(　　) A．cos θ B. C．sin θ D. 解析：選B　若磁場(chǎng)方向豎直向上，則安培力沿水平方向，由平衡條件可得：mgtan θ＝BI1L；若磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上，則安培力沿斜面向上。由平衡條件可得：mgsin θ＝BI2L，則I1∶I2＝1∶cos θ，故B正確。 　 6．如圖是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布，線圈中a、b兩條導(dǎo)線長(zhǎng)均為L(zhǎng)，通以圖示方向的電流I，兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，則(　　) A．該磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng) B．線圈平面總與磁場(chǎng)方向垂直 C．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．線圈將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：選D　該磁場(chǎng)明顯不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)該是一系列平行的磁感線，方向相同，故A錯(cuò)誤；由題圖可知，線圈平面總與磁場(chǎng)方向平行，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，a導(dǎo)線受到的安培力向上，b導(dǎo)線受到的安培力向下，故線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤D正確。 7．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。當(dāng)導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，可將導(dǎo)體棒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中，關(guān)于B的大小的變化，說(shuō)法正確的是(　　) A．逐漸增大 B．逐漸減小 C．先減小后增大 D．先增大后減小 解析：選C　導(dǎo)體棒受三個(gè)力的作用，安培力F的大小變化從圖中即可看出是先減小后增大，由F＝BIL知，B的大小應(yīng)是先減小后增大，只有C項(xiàng)正確。 8．如圖所示為電流天平，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過(guò)方向如圖所示的電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡，然后使電流反向，大小不變，這時(shí)為使天平兩臂再達(dá)到新的平衡，則需(　　) A．在天平右盤(pán)中增加質(zhì)量m＝的砝碼 B．在天平右盤(pán)中增加質(zhì)量m＝的砝碼 C．在天平左盤(pán)中增加質(zhì)量m＝的砝碼 D．在天平左盤(pán)中增加質(zhì)量m＝的砝碼 解析：選D　開(kāi)始時(shí)底邊所受的安培力方向豎直向上，電流反向后，安培力的方向變?yōu)樨Q直向下，相當(dāng)于右邊多了兩個(gè)安培力的重量，即：mg＝2FA，解得FA＝mg，由于：FA＝nBIL，解得：m＝，要重新平衡，需要在天平左盤(pán)中增加質(zhì)量為m＝的砝碼，D正確。 9．[多選]如圖所示，質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，有電流時(shí)ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，下面各圖是沿ba方向觀察時(shí)的四個(gè)平面圖，標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿ab與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的是(　　 ) 解析：選AB　通過(guò)左手定則判斷桿所受的安培力。若A圖中桿受到的重力、垂直斜面向上的支持力、水平向右的安培力的合力可以為零，可以不受摩擦力，故A正確；若B圖中桿受到的重力與豎直向上的安培力相等時(shí)，不受摩擦力，故B正確；C圖中桿受重力、豎直向下的安培力，要想處于平衡狀態(tài)，一定受垂直斜面向上的支持力及沿導(dǎo)軌向上的摩擦力作用，故C錯(cuò)誤；D圖中桿受重力、水平向左的安培力，要想處于平衡狀態(tài)，一定受到垂直斜面向上的支持力及沿導(dǎo)軌向上的摩擦力，故D錯(cuò)誤。 10.如圖所示，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ＝30。金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上時(shí)，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài)。要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，可以采取的措施是(　　) A．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B B．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流減小 C．增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ D．將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，使金屬桿中的電流方向改變 解析：選A　對(duì)金屬桿進(jìn)行受力分析，沿導(dǎo)軌方向，有BId－mgsin θ＝0，要使金屬桿向上運(yùn)動(dòng)，則應(yīng)增大BId，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；若增大θ，則mgsin θ增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若電流反向，則金屬桿受到的安培力反向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 11．如圖，一長(zhǎng)為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12 V的電池相連，電路總電阻為 2 Ω。已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量為0.5 cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開(kāi)關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。 解析：依題意，開(kāi)關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)了Δl1＝0.5 cm。由胡克定律和力的平衡條件得 2kΔl1＝mg① 式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小。 開(kāi)關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為 F＝IBL② 式中，I是回路電流，L是金屬棒的長(zhǎng)度。兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了Δl2＝0.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得 2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③ 由歐姆定律有 E＝IR④ 式中，E是電池的電動(dòng)勢(shì)，R是電路總電阻。 聯(lián)立①②③④式，并代入題給數(shù)據(jù)得 m＝0.01 kg。⑤ 答案：安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01 kg 12．如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長(zhǎng)為0.4 m，質(zhì)量為610－2 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(dòng)，整個(gè)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(chǎng)中，設(shè)t＝0，B＝0，則需要多長(zhǎng)時(shí)間斜面對(duì)導(dǎo)線的支持力為零？ 解析：斜面對(duì)導(dǎo)線的支持力為零時(shí)導(dǎo)線的受力如圖所示： 由平衡條件得： 水平方向上有：FTcos 37＝F 豎直方向上有：FTsin 37＝mg 兩式聯(lián)立解得：F＝＝ N＝0.8 N 由F＝BIL得：B＝＝ T＝2 T 由題意知，B與t的變化關(guān)系為：B＝0.4t 代入數(shù)據(jù)得：t＝5 s。 答案：5 s