2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場2磁吃通電導(dǎo)線的作用-安培力練習(xí)含解析教科版選修3-1

PAGE8-磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強磁場中所受的安培力,下列說法正確的是 ()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的方向C.安培力的大小與通電導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)D.將直導(dǎo)線從中折成直角,安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉淼囊话搿窘馕觥窟xB。依據(jù)左手定則可知,安培力方向與磁場和電流組成的平面垂直,即與電流和磁場方向都垂直,故A錯誤,B正確;磁場與電流不垂直時,安培力的大小為F=BILsinθ,則安培力的大小與通電導(dǎo)線和磁場方向的夾角有關(guān),故C錯誤;當(dāng)電流方向與磁場的方向平行,所受安培力為0,將直導(dǎo)線從中折成直角,讓其中的一半與磁場的方向平行,安培力的大小將變?yōu)樵瓉淼囊话?將直導(dǎo)線在垂直于磁場的方向的平面內(nèi)從中折成直角,安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉淼?故D錯誤。故選B。2.(多選)如圖所示,通電直導(dǎo)線處在蹄形磁鐵兩極間,受到力F的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn),以下說法正確的是 ()A.這個力F是通過磁場產(chǎn)生的B.這個力F沒有反作用力C.這個力F的反作用力作用在通電導(dǎo)線上D.這個力F的反作用力作用于蹄形磁鐵上【解析】選A、D。磁場力是磁場本身性質(zhì)的體現(xiàn),磁場是一種物質(zhì),磁體間或磁體與電流間的作用都是通過磁場完成的,但是磁場看不見摸不著并不意味著只有受力物體沒有施力物體,沒有反作用力。這時我們需找出產(chǎn)生磁場的物體,它才是施力物體,力F的反作用力作用在施力物體上,故選A、D?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,由直徑AOB和半圓ACB構(gòu)成的半徑為R的半圓形金屬框放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面對外)垂直。若通以如圖所示的電流,已知從A端流入的總電流強度為I,則金屬框所受到的磁場的作用力的合力為 ()A.方向沿紙面對上,大小為0B.方向沿紙面對上,大小為2BIRC.方向沿紙面對下,大小為BIRD.方向沿紙面對下,大小為2BIR【解析】選B。圓弧ACB的有效長度為2R,設(shè)通過ACB的電流為I1,則該部分導(dǎo)線受到的安培力為:F1=B×I1×2R=2BI1R,由左手定則可知方向沿紙面對上。通過直徑AOB的電流為I2=I-I1,則該部分導(dǎo)線受到的安培力為F2=B×I2×2R=2BI2R,由左手定則可知方向沿紙面對上。合力為F=F1+F2=2BI1R+2BI2R=2BIR,所以選項B正確,A、C、D錯誤。3.通電矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi),電流方向如圖所示,ab與MN平行。關(guān)于MN的磁場對線框的作用,下列敘述中正確的是 ()A.ab和cd兩條邊所受的安培力的方向相同B.線框有兩條邊所受的安培力大小相等C.線框受安培力的合力向右D.cd邊所受安培力的方向向左【解析】選B。直導(dǎo)線中的電流方向由M到N,依據(jù)安培定則,導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域磁感應(yīng)強度方向向內(nèi),依據(jù)左手定則,ab邊受向左的安培力,cd邊受到向右的安培力,ad邊受到向下的安培力,bc受到向上的安培力,方向不同,故A錯誤;離MN越遠(yuǎn)的位置,磁感應(yīng)強度越小,故依據(jù)安培力公式F=BIL,ab邊受到的安培力大于cd邊,ad邊受到的安培力等于bc邊受到的安培力,故B正確;ab邊受向左的安培力,cd邊受到向右的安培力,ad邊受到向下的安培力,bc受到向上的安培力;ab邊受到的安培力大于cd邊,ad邊受到的安培力等于bc邊受到的安培力,故合力向左,故C、D錯誤。4.如圖所示,通電直導(dǎo)線ab位于兩平行導(dǎo)線橫截面MN的連線的中垂線上,當(dāng)平行導(dǎo)線通以同向等值電流時,以下說法中正確的是: ()A.ab順時針旋轉(zhuǎn)B.ab逆時針旋轉(zhuǎn)C.a端向紙外,b端向紙里旋轉(zhuǎn)D.a端向紙里,b端向紙外旋轉(zhuǎn)【解析】選C。導(dǎo)線M和N的磁感線都是同心圓。因此對ab上半段,M導(dǎo)線的磁感線指向右下,可以用左手定則推斷,a端受到向紙外的力。N導(dǎo)線的磁感線指向右上,也使a端受向紙外的力;同理也可以分析出b端受向紙里的力。從而使得a端轉(zhuǎn)向紙外,b端轉(zhuǎn)向紙里;故選C。5.在赤道上某處有一豎直直立的避雷針,當(dāng)帶有正電荷的烏云經(jīng)過避雷針的上方并通過避雷針形成電流時,地磁場對避雷針的安培力的方向為 ()A.向南B.向北C.向西D.向東【解析】選D。當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)過避雷針上方時,避雷針起先放電形成瞬間電流,正電荷從上而下通過避雷針,所以電流的方向為從上而下,磁場的方向從南向北,依據(jù)左手定則,安培力的方向向東。故選D。6.如圖所示,條形磁鐵平放于水平桌面上,在它的正中心上方固定一根直導(dǎo)線,導(dǎo)線與紙面垂直,現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面對里的電流,則下列說法正確的是()A.磁鐵對桌面的壓力減小B.磁鐵對桌面的壓力增大C.磁鐵對桌面的壓力不變D.以上說法都不行能【解析】選A。在磁鐵外部,磁感線從N極指向S極,長直導(dǎo)線在磁鐵的中心上方,導(dǎo)線所在處磁場水平向右;導(dǎo)線電流垂直于紙面對里,由左手定則可知,導(dǎo)線受到的安培力豎直向下;由牛頓第三定律可知,導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向上,因此磁鐵對桌面的壓力減小,小于磁鐵的重力。故A正確,B、C、D錯誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,勻稱繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方旁邊用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A并處于平衡狀態(tài),A與螺線管垂直,A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面對里,開關(guān)S閉合后,絕緣繩對A拉力改變狀況是 ()A.增大B.減小C.不變D.無法推斷【解析】選B。首先依據(jù)安培定則推斷通電螺線管處的磁場的方向向右,所以在A處產(chǎn)生的磁場方向水平向左。依據(jù)左手定則推斷可知:A受到通電螺線管磁場的作用力的方向豎直向上,絕緣繩對A拉力減小。故B正確。二、計算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標(biāo)明單位)7.(12分)水平面上有兩根相距為L=1m的平行金屬軌道,空間存在與導(dǎo)軌平行且向右的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.8T,質(zhì)量m=1kg的金屬桿(桿長為L)垂直放在軌道上,桿中通有如圖所示方向I1=5A的恒定電流,金屬桿始終處于靜止?fàn)顟B(tài),取g=10m/s2。求:(1)金屬桿所受安培力的方向;(2)金屬桿所受安培力F的大小;(3)當(dāng)通入反向電流I2時,金屬桿對軌道的壓力剛好為零,此時I2的大小?！窘馕觥?1)依據(jù)左手定則可推斷磁場方向豎直向下;(2)由安培力公式F=BI1得F=0.8×5×1N=4N(3)由平衡方程BI2L得I2==A=12.5A答案:(1)方向豎直向下(2)4N(3)12.5A8.(12分)如圖所示,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌與水平面間的夾角θ=45°,相距為20cm;金屬棒MN的質(zhì)量為1×10-2kg,電阻R=8Ω;勻強磁場方向豎直向下,B=0.8T,電源電動勢E=10V,內(nèi)阻r=1Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合時,MN處于平衡狀態(tài),求變阻器R1的取值為多少?(忽視金屬導(dǎo)軌的電阻,g取10m/s2【解析】沿M→N的方向看去,金屬棒MN受重力、支持力、安培力,這三個力在同一豎直平面內(nèi),如圖所示。由受力圖及平衡條件有mgsinθ-BILcosθ=0由閉合電路的歐姆定律有E=I(R+R1+r)解得R1=7Ω。答案:7Ω(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)(2024·江蘇高考)如圖所示,在光滑的水平桌面上,a和b是兩條固定的平行長直導(dǎo)線,通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間,通有順時針方向的電流,在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、b的電流方向可能是 ()A.均向左 B.均向右C.a的向左,b的向右 D.a的向右,b的向左【解析】選C、D。a、b的電流均向左或均向右時,依據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場及其分布和疊加可知,在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場方向相反,則由左手定則可以推斷平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相同,線框所受的合力不為0,故不行能靜止,選項A、B錯誤;a、b的電流方向相反時,在a、b導(dǎo)線旁邊的磁場方向相同,平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反,用對稱性也可以推斷線框的另外兩邊所受的磁場力也大小相等方向相反,故線框處于平衡狀態(tài),選項C、D正確。10.(7分)(多選)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是勻稱地輻向分布,線圈中a、b兩條導(dǎo)線長均為L,通以圖示方向的電流I,兩條導(dǎo)線所在處的磁場大小均為B。則 ()A.該磁場是勻強磁場B.線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動C.線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動D.a、b導(dǎo)線受到的安培力大小總為BIL【解析】選C、D。該磁場明顯不是勻強磁場,勻強磁場應(yīng)當(dāng)是一系列平行的磁感線,方向相同,選項A錯誤;由左手定則可知,a受到的安培力向上,b受到的安培力向下,故線圈順時針旋轉(zhuǎn),選項B錯誤,C正確;a、b導(dǎo)線始終與磁感線垂直,故受到的安培力大小總為BIL,選項D正確。故選C、D。11.(7分)(多選)(2024·全國卷Ⅰ)如圖,三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流I,L1中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反。下列說法正確的是 ()A.L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶D.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為∶∶1【解析】選B、C。設(shè)每根直導(dǎo)線電流在另兩根直導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,由安培定則知,L2、L3中的電流在L1處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度方向如圖所示,它們的夾角為120°,合磁感應(yīng)強度為B1=B0,方向垂直于L2、L3所在的平面;由對稱性知,L2處的合磁感應(yīng)強度為B2=B0,方向垂直于L1、L3所在的平面;L1、L2中的電流在L3處產(chǎn)生的磁場的合磁感應(yīng)強度為B3=B0,方向平行于L1、L2所在的平面。由左手定則可知,L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面平行,L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直;每根直導(dǎo)線單位長度所受磁場力F=BIL∝B,故L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為F1∶F2∶F3=B1∶B2∶B3=1∶1∶,故B、C選項正確。12.(19分)如圖所示,一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN兩端分別放在