高中物理人教版 (新课标)选修34 通电导线在磁场中受到的力优秀当堂检测题

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磁场对通电导体的作用力 【巩固练习】一、选择题：2．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图中正确的是（    ）     3．一根长为0.2 m的通以2 A电流的导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是（    ）    A．0.4 N    B．0.2 N    C．0.1 N    D．0 4．电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀分布的，当线圈中通入恒定电流时，线圈将发生转动，电流表的指针也随之偏转，最后停在某一偏角位置上，则在偏转过程中随着偏转角度的增大（    ）    A．线圈受到的安培力的力矩将逐渐增大    B．线圈受到安培力的力矩将逐渐减小    C．线圈所受安培力的力矩不变    D．电流表中螺旋弹簧产生的阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大 5．—个可以自由运动的线圈L1和—个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将（    ）    A．不动    B．顺时针转动    C．逆时针转动    D．向纸面内平动        6．如图所示，用两根轻细金属丝将质量为m，长为的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为（    ）    A．，竖直向上        B．，竖直向下    C．，平行悬线向下    D．，平行悬线向上 7．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图．则过c点的导线所受安培力的方向（    ）   A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下    C．与ab边垂直，指向左边    D．与ab边垂直，指向右边8．在如图所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM＇与NN＇之间的安培力的大小分别为正以，可判断这两段导线（    ）            A．相互吸引，fa＞fb    B．相互排斥，fa＞fb    C．相互吸引，fa＜fb    D．相互排斥，fa＜fb 二、计算题：1．质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图所示．求棒MN所受的支持力和摩擦力．                 2．在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m的导体棒，如图所示．试问：    （1）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向．    （2）欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向． 3．一根通有电流I1的长直导线OO＇竖直放置，另有一矩形导线框abcd的平面放在竖直平面内，通有如图所示的电流I2．OO＇到abcd平面的距离为4r，边长ab=cd=5r，ab=bc=6r，且ab和cd两边所在处的磁感应强度大小均为B（由I1产生）．求aB和cd所受安培力的大小，并说明方向．                 4．如图所示是导轨式电磁炮实验装置示意图．两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块（即实验用弹丸）．滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触．电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源．滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射．在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比例常量．已知两导轨内侧间距=1.5 cm，滑块的质量m=30 g，滑块沿导轨滑行5 m后获得的发射速度v=3.0 km／s（此过程视为匀加速运动）．（1）求此发射过程中电源提供的电流强度；    （2）若电源输出的能量有4％转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大． 5．如图所示为某种电流表的原理示意图．质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一绝缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，弹簧劲度系数为后．在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外．与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于ab．当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度．            （1）当电流表示数为零时，弹簧伸长多少？（重力加速度为g）    （2）若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？    （3）若，，，B=0.20T，此电流表的量程是多少？（不计通电时电流产生的磁场的影响）    （4）若将量程扩大2倍，磁感应强度应变为多大？ 【答案与解析】一、选择题： 1．D  解析：本题考查左手定则的应用．没有磁场时通电导线是直的，当加上竖直向上的磁场时，由于磁感应强度B的方向与电流方向平行，导线不受安培力，不会弯曲，A图错误；加上水平向右的匀强磁场，根据左手定则，电流所受的安培力应垂直纸面向里，B图弯曲方向错误；同理，C图中电流受的安培力向右，因此C图中导线弯曲方向错误；D图正确．3．BCD  解析：根据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为．当两方向平行时，磁场力有最小值为0．随二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0.2 N与0之间．4．CD  解析：线框偏转过程中，磁场总是与线框平行的，，电流又恒定，故磁力矩不变，但弹力矩随偏角增大而增大，所以C、D正确．5．B  解析：方法一：利用结论法．环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是：从左向右看线圈L1顺时针转动．方法二：直线电流元法．把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场向上，据左手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力指向纸内，因此从左向右看线圈L1顺时针转动．6．D  解析：要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力三角形可知，安培力的最小值为，即，得．所加磁场的方向应平行于悬线向上． 7.  C解析: 由安培定则可知，在a、b两点的导线中的电流所产生的磁场中，过c点的磁感线分别是以a、b为圆心的圆，如图所示．分别作出它们在c点产生的磁感应强度Ba、Bb（圆的切线方向），并作出其合磁感应强度B．由于Ba=Bb，并由几何知识可知，合磁感应强度B的方向竖直向下，再由左手定则可判得过c点的导线所受安培力的方向与ab边垂直，指向左边．故C选项正确．8.  D解析：本题融入教材中学生演示实验中的素材，考查考生应用安培定则分析实验中的相关问题的能力；当S接a时，电路的电源只用了一节干电池，当S接b时，电路的电源用了两节干电池，此时电路中的电流比S接a时大，所以有fa＜fb，两导线MM＇、NN＇中的电流方向相反，依据安培定则可知两者相互排斥．故正确选项为D．二、计算题：1．  解析：棒受力情况如图所示，由平衡条件：水平方向，竖直方向，且，解得， ．2．（1）  方向垂直斜面向上  （2）  方向水平向左解析：此题属于电磁学和静力学综合题，研究对象为通电导体棒，所受力为重力mg、弹力N、安培力F，属于三个共点力的平衡问题．要使棒对斜面无压力，则棒不受斜面的支持力，此时应有安培力与重力相平衡，导体棒只受两个力作用．（1）棒在斜面上处于静止状态，故受力平衡．棒共受三个力作用；重力大小为mg，方向竖直向下；弹力垂直于斜面，大小随磁场力的变化而变化；磁场力始终与磁场方向及电流方向垂直，大小随方向不同而改变，但由平衡条件知：斜面弹力与磁场力的合力必与重力mg等大反向，故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时，安培力最小，所以，由左手定则知：B的方向应垂直斜面向上．（2）棒静止在斜面上，又对斜面无压力，则棒只受两个力作用，即竖直向下的重力mg和磁场力，作用，由平衡条件知，，且磁场力F的竖直向下，所以，故，由左手定则知B的方向水平向左．3．，方向沿Oa向外背离OO＇  ，方向沿dO向里指OO＇解析：先把立体图改画成相应的俯视平面图（从D向D＇看）如图所示．虽然I1产生的磁场是非匀强磁场，但题目中已明确告诉了ab和cd所在处的磁感应强度均为B，B又与ab、cd垂直，所以可以用计算．，方向沿Oa向外背离OO＇；，方向沿dO向里指向OO＇．4．（1）8.5×105 A  （2）1.0×199 W  1.2×103 V解析：（1）由匀加速运动公式有，由安培力公式和牛顿第二定律，有，，因此：．（2）滑块获得的动能是电源输出能量的4％，即，发射过程中电源供电时间．所需电源输出功率为。由功率P=IU，解得输出电压。5. （1）  （2）M端应接正极  （3）2.5 A    （4）0.10 T解析： （1）设弹簧的伸长为Δx，则有    ①    由①式得  ．    ②    （2）为使电流表正常工作，作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下．因此M端应接正极．    （3）设满量程时通过MN的电流强度为Im，则有    ，    ③    联立①③式并代入数据得    Im=2.5 A．    ④    （4）设量程扩大后，磁感应强度变为B＇，则有    ，    ⑤    由①⑤式得    ，    ⑥    代入数据得  ．    ⑦