2018年高中物理 第6章 磁場對電流和運動電荷的作用 第1節(jié) 探究磁場對電流的作用隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-1.doc

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第1節(jié) 探究磁場對電流的作用 [隨堂檢測] 1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導線，則此導線(　　) 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.赤道上空地磁場方向水平向北，由左手定則可確定該導線受到安培力方向豎直向上，A正確． 2．(2018太原五中階段性檢測)下圖中分別標明了通電直導線中電流 I、 勻強磁場的磁感應強度 B 和電流所受安培力 F的方向，其中正確的是(　　) 解析：選A.伸開左手，四指指向電流方向，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向為安培力方向，故A中的安培力方向豎直向上，B中的安培力為零，C中安培力方向豎直向下，D中安培力方向垂直紙面向外，故A正確． 3．(多選)一根長為0.2 m、電流為2 A的通電導線，放在磁感應強度為0.5 T的勻強磁場中，受到磁場力的大小可能是(　　) A．0.4 N　　　　　　　 B．0.2 N C．0.1 N D．0 N 解析：選BCD.據安培力的定義，當磁感應強度B與通電電流I方向垂直時，磁場力有最大值為Fmax＝BIL＝0.520.2 N＝0.2 N；當兩者方向平行時，磁場力有最小值為0；隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0.2 N與0之間取值，故B、C、D正確． 4．(2018河北石家莊辛集中學檢測)如圖所示，A為一水平旋轉的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導線，當圓盤高速繞中心軸OO′轉動時(電流方向和轉動方向如圖所示)．通電直導線所受磁場力的方向是(　　) A．豎直向上 B．豎直向下 C．水平向里 D．水平向外 解析：選C.帶電圓盤如題圖所示轉動時，形成逆時針方向的電流，根據右手螺旋定則可知，在圓盤上方形成的磁場方向豎直向上，根據左手定則，伸開左手，讓四指指向和電流方向一致，磁感線穿過手心，則大拇指指向紙面內側，因此安培力的方向水平向里，故A、B、D錯誤，C正確． 5．如圖所示，在與水平方向夾角為60的光滑金屬導軌間有一電源，在相距1 m的平行導軌上放一質量為m＝0.3 kg的金屬棒ab，通以從b→a、I＝3 A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止．求：(g＝10 m/s2) (1)勻強磁場磁感應強度的大小； (2)ab棒對導軌的壓力大?。? 解析：(1)金屬棒ab中電流方向由b→a，它所受安培力方向水平向右，它還受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，三力合力為零，如圖所示． 沿斜面方向有mgsin 60＝BILcos 60 得B＝＝ T≈1.73 T. (2)對導軌的壓力為F′N＝FN＝＝ N＝6 N. 答案：(1)1.73 T　(2)6 N [課時作業(yè)] 一、單項選擇題 1．關于磁場對通電直導線的作用力(安培力)，下列說法不正確的是(　　) A．通電直導線在磁場中一定受到安培力的作用 B．通電直導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 解析：選A.當電流方向與磁場方向平行時，通電直導線不受安培力作用，故A錯誤；據左手定則，判定安培力方向總垂直于電流方向和磁場方向所確定的平面，故B、C、D均正確． 2．有一段直導線長1 cm，通過5 A電流，把它置于磁場中某點時，受到的磁場力為0.1 N，則該點的磁感應強度B不可能為(　　) A．1 T　　　　　　　 B．5 T C．2 T D．2.5 T 解析：選A.因為安培力F＝IBlsin θ，所以B＝，當θ＝90時，B＝2 T為最小磁場強度． 3．如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成．當電源接通后，磁場對流過炮彈的電流產生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度．下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是(　　) 解析：選B.要使炮彈加速，安培力應向右，由左手定則可知：磁場方向應垂直紙面向外． 4.如圖所示，一根有質量的金屬棒MN，兩端用細軟導線連接后懸于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強磁場中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以(　　) A．適當減小磁感應強度 B．使磁場反向 C．適當增大電流 D．使電流反向 解析：選C.為使懸線拉力為零，安培力的方向必須向上且增大才能與重力平衡，即合力為零，由左手定則可知，A、B、D錯誤，C正確． 5．(2018湖北三市期末聯考)長為4L的直導線等分成四等份，折成如圖所示的圖形，其中的V形導線夾角為60，整個圖形置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，當在該導線中通以大小為I的電流時，該通電導線受到的安培力大小為(　　) A．BIL B．2BIL C．3BIL D．4BIL 解析：選C.V形導線在磁場內有效長度為2Lsin 30＝L，故該V形通電導線受到安培力大小為F＝BI2Lsin 30＝BIL，該整個通電導線受到的安培力大小為3BIL，故選C. 6．(2018河北定州中學高二周練)通電導體棒水平放置在光滑絕緣斜面上，整個裝置處在勻強磁場中，在以下四種情況中導體棒可能保持靜止狀態(tài)的是(　　) 解析：選D.A圖中導體棒受重力、豎直向下的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點力平衡可知，A錯誤；B圖中導體棒受重力、水平向左的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點力平衡可知，B錯誤；C圖中導體棒受重力、沿斜面向下的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點力平衡可知，C錯誤；D圖中導體棒受重力、沿斜面向上的安培力、垂直斜面向上的支持力，由共點力平衡可知，D正確． 二、多項選擇題 7．關于電流計以下說法正確的是(　　) A．指針穩(wěn)定后，游絲形變產生的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的 B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉角度也越大 C．在線圈轉動的范圍內，各處的磁場都是勻強磁場 D．在線圈轉動的范圍內，線圈所受安培力大小與電流大小有關，而與所處位置無關 解析：選ABD.游絲形變產生的阻力效果與安培力引起的動力效果平衡時，線圈停止轉動，故從轉動角度來看二力方向相反．電流計內磁場是均勻輻射磁場，在線圈轉動的范圍內，不管線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線圈所在各處的磁場大小相等方向不同，所以安培力大小與電流大小有關而與所處位置無關，電流越大，安培力越大，指針轉過的角度越大，正確的選項為A、B、D，而C錯誤． 8．(2018江蘇泰州中學檢測)如圖所示，在“研究影響通電導體棒所受磁場力的因素”實驗中，要使導體棒擺動的幅度增大，以下操作中可行的是(　　) A．增加磁鐵的數量 B．增大導體棒中的電流強度 C．改變導體棒中的電流方向 D．將磁鐵更換成磁性較強的 解析：選ABD.增大安培力即可使導體棒擺動的幅度增大，根據安培力的公式F＝BIL可知，增加磁鐵的數量，在磁場中有效長度增加，安培力增加；增大導體棒中的電流強度，安培力增大；改變導體棒中的電流方向，只會改變安培力的方向，不會改變安培力的大??；將磁鐵更換成磁性較強的，磁感應強度增強，安培力增大，綜上所述選項C不可行． 9．通電矩形導線框abcd與無限長通電直導線MN在同一平面內，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行．關于MN的磁場對線框的作用，下列敘述正確的是(　　) 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同 C．線框所受安培力的合力方向向左 D．線框將繞MN轉動 解析：選BC.通電矩形導線框abcd在無限長通電直導線形成的磁場中，受到磁場力的作用，對于ad邊和bc邊，所在的磁場相同，但電流方向相反，所以ad邊、bc邊受磁場力(安培力)大小相同，方向相反，即ad邊和bc邊受合力為零．而對于ab和cd兩條邊，由于在磁場中，離長直導線的位置不同，ab邊近而且由左手定則判斷受力向左，cd邊遠而且由左手定則判斷受力向右，所以ab邊、cd邊受合力方向向左，故B、C選項正確． 10. (2018甘肅蘭州一中高二期末)如圖所示，質量為m、長為L的直導線用兩絕緣細線懸掛于O、O′，并處于勻強磁場中，當導線中通以沿x正方向的電流I，且導線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應強度的方向和大小可能為(　　) A．z軸正方向，tan θ B．y軸正方向， C．z軸負方向，tan θ D．沿懸線向上， sin θ 解析：選BC.對導線受力分析，畫出平面圖，其受到豎直向下的重力、沿懸線向上的拉力和安培力(未畫出，需要根據磁感應強度的方向而定)，電流方向垂直于紙面向外．當磁感應強度B沿z軸正方向時，根據左手定則可知安培力沿y軸負方向，由力的平衡條件可知，此時導線不可能保持靜止狀態(tài)，故A錯誤；當磁感應強度B沿y軸正方向時，根據左手定則可知安培力沿z軸正方向，由力的平衡條件可知，此時懸線的拉力T為零，導線受重力和安培力，由力的平衡條件可知，二力等大反向，有BIL＝mg，磁感應強度B＝，故B正確；當磁感應強度B沿z軸負方向時，根據左手定則可知安培力沿y軸正方向，由力的平衡條件可知，此時安培力BIL＝mgtan θ，磁感應強度B＝，故C正確；當磁感應強度B沿懸線向上時，根據左手定則可知安培力垂直于懸線向下，與y軸負方向夾角為θ，由力的平衡條件可知，此時導線不可能保持靜止狀態(tài)，故D錯誤． 三、非選擇題 11.質量為m的導體棒MN靜止于寬度為L的水平導軌上，通過MN的電流為I，勻強磁場的磁感應強度為B，方向與導軌平面成θ角斜向下，如圖所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大?。? 解析：導體棒MN處于平衡狀態(tài)，注意題中磁場方向與MN是垂直的，作出其側視圖，對MN進行受力分析，如圖所示． 由平衡條件有： f＝Fsin θ， N＝Fcos θ＋mg，其中F＝ILB 解得：N＝ILBcos θ＋mg， f＝ILBsin θ. 答案：ILBcos θ＋mg　ILBsin θ 12. (2018河北邯鄲第一中學期末)如圖所示，在磁感應強度B＝1.0 T、方向豎直向下的勻強磁場中，有一個與水平面成θ＝37角的導電滑軌，滑軌上放置一個可自由移動的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源電動勢E＝12 V，內阻不計，ab桿長L＝0.5 m，質量m＝0.2 kg，桿與滑軌間的動摩擦因數μ＝0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計，g取10 m/s2，sin 37＝0.6，求：接在滑軌上的滑動變阻器R的阻值在什么范圍內變化時，可使ab桿在滑軌上保持靜止？(結果保留一位有效數字) 解析：對金屬桿受力分析，回路中的電流為：I＝ 金屬桿受到的安培力為：F＝BIL 當摩擦力沿斜面向上，電流強度最小，電阻最大，由共點力平衡得：mgsin 37－f－Fcos 37＝0 mgcos 37＋Fsin 37－FN＝0 f＝μFN 聯立解得：Rmax＝5 Ω 當摩擦力沿斜面向下，電流強度最大，電阻最小，由共點力平衡得： mgsin 37＋f－Fcos 37＝0 mgcos 37＋Fsin 37－FN＝0 f＝μFN 聯立解得：Rmin＝3 Ω 故可變電阻在3～5 Ω范圍內． 答案：3～5 Ω