(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.在天平右盤中增加質(zhì)量m=的砝碼 B.在天平右盤中增加質(zhì)量m=的砝碼 C.在天平左盤中增加質(zhì)量m=的砝碼 D.在天平左盤中增加質(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- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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