人教版 (新课标)选修34 通电导线在磁场中受到的力课时练习

这是一份人教版 (新课标)选修34 通电导线在磁场中受到的力课时练习，共7页。试卷主要包含了选择题，计算题等内容，欢迎下载使用。
通电导线在磁场中受到的力 (25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.(多选)关于磁场对通电直导线的作用力的大小,下列说法正确的是 (　　)A.通电直导线跟磁场方向平行时作用力为零B.通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大C.作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角无关D.通电直导线跟磁场方向斜交或成锐角时肯定有作用力【解析】选A、B、D。安培力既垂直于通电直导线,又垂直于磁场,当通电直导线与磁场方向平行时,安培力为零,选项A、B正确,C错误;通电直导线跟磁场方向斜交时,可将磁场沿平行于通电直导线方向和垂直于通电直导线方向进行分解,垂直于通电直导线方向的磁场为有效磁场,安培力不为零,选项D正确。 2.如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A,A与螺线管垂直,A中电流的方向垂直于纸面向里。当开关S闭合后,A受到通电螺线管的磁场的作用力的方向是              (　　)A.水平向左　　　　　 B.水平向右C.竖直向下    D.竖直向上【解析】选D。先用安培定则判断螺线管的磁场方向,在导线A处的磁场方向是水平向左的,再用左手定则判断出导线A受到的安培力的方向是竖直向上的,选项D正确。3.如图所示,通电导线MN中的电流保持不变,当它在纸面内从a位置绕其一端M转至b位置时,通电导线所受安培力的大小变化情况是              (　　)A.变小　　　　　　B.变大C.不变    D.不能确定【解析】选C。从a转到b位置时,导线MN还是与磁场垂直,故F=BIL大小不变,故选C。4.如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则导体棒MN所受安培力大小是              (　　)A.F=BIdB.F=BIdsin θC.F=D.F=BIdcos θ【解析】选C。导体棒MN在磁场中有电流的长度为,则F=BIL=,故选项C正确。5.某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示,其中正确的是 (　　)【解析】选D。根据左手定则可知,A图中安培力方向应该向下,B图中安培力应该垂直于磁场斜向左上方,C图中磁场方向和电流方向在同一直线上,不受安培力作用,D图中安培力方向斜向左下方垂直于电流方向,故A、B、C错误,D正确。6.如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距L=1 m。P、M间接有一个电动势为E=6 V、内阻r=1 Ω的电源和一只滑动变阻器。导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0.2 kg,棒的中心用细绳经定滑轮与物体相连,物体的质量M=0.3 kg。棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,导轨与棒的电阻不计,g取10 m/s2),匀强磁场的磁感应强度B=2 T,方向竖直向下,为了使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值不可能是              (　　)A.2 Ω　　　　　　　　 B.4 ΩC.5 Ω      D.6 Ω【解析】选D。 对导体棒进行受力分析,由平衡条件可知安培力的范围:Mg-μmg≤BIL≤Mg+μmg,解得1 A≤I≤2 A,即1 A≤≤2 A,得2 Ω≤R≤5 Ω,可得接入电路的滑动变阻器的阻值可能是A、B、C,不可能是D。【加固训练】如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。关于导线abcd所受到的磁场的作用力的合力,下列说法正确的是              (　　)A.方向沿纸面垂直bc向上,大小为(+1)ILBB.方向沿纸面垂直bc向下,大小为(+1)ILBC.若在纸面内将abcd逆时针旋转30°,力的大小减半D.若在纸面内将abcd逆时针旋转60°,力的大小减半【解析】选A。由安培力公式F=BIL,与左手定则,可得ab段导线的安培力方向垂直于导线与磁感线构成的平面并斜向左。同理cd段导线的安培力方向垂直于导线与磁感线构成的平面并斜向右。因此由平行四边形定则对这两个安培力进行分解,可得沿bc段方向的安培力分力正好相互平衡,所以ab段与cd段导线的安培力的合力为BIL,方向竖直向上;而bc段安培力的大小为BIL,方向是竖直向上。则导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力大小为(+1)BIL,方向是竖直向上。若在纸面内将abcd旋转任何角度,力的大小均不变,故A正确,B、C、D错误。二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)如图所示,U形导电导轨水平放置,两平行导轨间距l=0.1 m,电阻不计,与其串联的电池组内阻为r=0.1 Ω,放置在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=4×10-2 T,金属棒ab的质量为m=10 g,它和导轨间动摩擦因数为μ=0.2,金属棒电阻为R=0.2 Ω,若通电瞬间金属棒获得的加速度为a=2 m/s2,求电源的电动势。(g取10 m/s2)【解析】导体棒受到的安培力方向水平向左,由牛顿第二定律得BIl-μmg=ma由闭合电路欧姆定律E=I(R+r)代入数据,联立解得E=3 V答案:3 V8.(12分)如图所示,长为L的通电导体棒被两条绝缘细线悬挂于OO′点上,已知导体棒质量为m,通过的电流为I,方向如图所示。现使通电导体棒处在匀强磁场中,下列两种情况下,使导体棒静止时细线与竖直方向成θ角,求磁感应强度的大小。(1)磁场方向竖直向上。(2)磁场方向水平向左。【解析】(1)磁场方向竖直向上时,导体棒受到的安培力方向水平向右,故ILB=mgtanθ磁感应强度为B=(2)磁场方向水平向左时,导体棒受到的安培力方向竖直向上,故ILB=mg磁感应强度为B=答案:(1)　(2) (15分钟·40分)9.(6分)(多选)如图1所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如图2所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Im,图1中I所示方向为电流正方向。则金属棒              (　　)A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功【解析】选A、B、C。根据左手定则知,导体棒开始所受的安培力方向水平向右 ,安培力在第一个 内做匀加速直线运动,在第二个 内,安培力方向水平向左,大小不变,做匀减速直线运动,根据运动的对称性知,一个周期末速度为零,金属棒的速度方向未变。知金属棒一直向右移动,先向右做匀加速直线运动,再向右做匀减速运动,速度随时间周期性变化,而位移一直增大,所以A、B正确;因为电流周期性变化,则安培力也周期性变化,故C正确; 在一个周期内,动能的变化量为零,则安培力在一个周期内做功为零,故D错误。 10.(6分)(多选)如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方,此时小磁针的S极向纸内偏转,这一束带电粒子可能是              (　　)A.向右飞行的正离子束B.向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束D.向左飞行的负离子束【解析】选B、C。向左飞行的正离子形成的电流方向向左,根据安培定则可知,离子在下方产生的磁场方向向外,则N极转向外,S极转向里;向右飞行的负离子形成的电流方向向左,根据安培定则可知,离子在下方产生的磁场方向向外,则N极转向外,S极转向里。故B、C正确。11.(6分)(多选)如图所示,两通电线圈A、B放在光滑的水平桌面上,若它们互相远离,则可知 (　　)A.若A环中通以顺时针方向的电流,则B环中通以逆时针方向的电流B.若A环中通以顺时针方向的电流,则B环中也通以顺时针方向的电流C.若A环中通以逆时针方向的电流,则B环中通以顺时针方向的电流D.若A环中通以逆时针方向的电流,则B环中也通以逆时针方向的电流【解析】选B、D。 若A环中通以顺时针方向的电流,B环中通以逆时针方向的电流,则A环的右侧部分与B环的左侧部分电流方向相同,根据同向电流相互吸引可知,它们互相靠近,故A错误。A环中通以顺时针方向的电流,B环中也通以顺时针方向的电流,则A环的右侧部分与B环的左侧部分电流方向相反,根据反向电流相互排斥可知,它们互相远离,故B正确。 A环中通以逆时针方向的电流,B环中通以顺时针方向的电流,则A环的右侧部分与B环的左侧部分电流方向相同,根据同向电流相互吸引可知,它们互相靠近,故C错误。 A环中通以逆时针方向的电流,B环中也通以逆时针方向的电流,根据反向电流相互排斥可知,它们互相远离,故D正确。【加固训练】　　长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上,并处在磁感应强度为B的匀强磁场中,如图所示,当B方向竖直向上,电流为I1时导体处于平衡状态,若B方向改为垂直斜面向上,则电流为I2时导体处于平衡状态,电流比值应为 (　　)A.　　　B.cosθ　　　C.sinθ　　　D.【解析】选A。若磁场方向竖直向上,则安培力水平方向。由平衡条件可得:mgtanθ=BI1L。若磁场方向垂直于斜面向上,则安培力沿斜面向上。由平衡条件可得:mgsinθ=BI2L,则=,故A正确。12.(22分)如图所示,水平导轨间距为L=0.5 m,导轨电阻忽略不计;导体棒ab的质量m=1 kg,电阻R0=0.9 Ω,与导轨接触良好;电源电动势E=10 V,内阻r=0.1 Ω,电阻R=4 Ω;外加匀强磁场的磁感应强度B=5 T,方向垂直于ab,与导轨平面成α=53°角;ab与导轨间动摩擦因数为μ=0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),定滑轮摩擦不计,线对ab的拉力为水平方向,重力加速度g取10 m/s2,ab处于静止状态。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:(1)通过ab的电流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小和方向。(3)重物重力G的取值范围。【解析】(1)由闭合电路的欧姆定律可得,通过ab的电流I== A=2 A方向:由a到b。(2)ab受到的安培力F=BIL=5×2×0.5 N=5 N安培力方向垂直于B斜向左上方。(3)ab受力如图所示(此图仅为最大静摩擦力方向向左时的分析图),最大静摩擦力fmax=μ(mg-Fcos53°)=3.5 N由平衡条件得:当最大静摩擦力方向向右时T=Fsin53°-fmax=0.5 N当最大静摩擦力方向向左时T=Fsin53°+fmax=7.5 N由于重物受力平衡,故T=G则重物重力的取值范围为0.5 N≤G≤7.5 N答案:(1)2 A　方向由a向b　(2)5 N　方向垂直于B斜向左上方　(3)0.5 N≤G≤7.5 N