【名師一號】2020-2021學年新課標版物理選修3-1-第三章磁場-雙基限時練4

雙基限時練(二十三)通電導線在磁場中受到的力1．如圖所示，四邊形的通電閉合線框abcd處在垂直線框平面的勻強磁場中，它受到磁場力的合力()A．豎直向上B．方向垂直于ad斜向上C．方向垂直于bc斜向上D．為零解析由題意可知abcd中電流組成一個封閉的電流，其有效長度為零，所以線框abcd所受安培力的合力為零，選項D正確．答案D2．關于磁電式電流表內的磁鐵和鐵芯之間的均勻輻射分布的磁場，下列說法中正確的是()A．該磁場的磁感應強度大小處處相等，方向相同B．該磁場的磁感應強度的方向處處相同，大小不等C．使線圈平面始終與磁感線平行D．線圈所處位置的磁感應強度大小都相等解析在磁電式電表的兩磁極之間裝有極靴，極靴中有一鐵質圓柱，極靴和鐵質圓柱之間有一不大的縫隙，依據(jù)磁感線與磁極表面垂直的特點，磁化了的鐵質圓柱與極靴間的縫隙處就形成了輻射狀分布的磁場，這樣做的目的就是讓通電線圈所在處有一個等大的磁場，并且磁感線始終與線圈平面平行，故C、D選項正確．答案CD3.如圖所示，兩個完全相同的圓形扁平線圈套在一個光滑的圓柱體上自由移動，當大小不同的電流按圖示的方向通入線圈中，則兩線圈的運動狀況是()A．都繞這個圓柱體轉動B．彼此相向平動，且電流大的加速度大C．彼此反向平動，電流大的加速度大D．彼此相向平動，兩線圈的加速度大小相等解析用等效法把兩個環(huán)形電流等效成小磁針，可知其相互吸引，故D選項正確．答案D4．如圖所示，一根通有電流I的直銅棒MN，用導線掛在磁感應強度為B的勻強磁場中，此時兩根懸線處于張緊狀態(tài)，下列哪些措施可使懸線中張力為零()A．適當增大電流B．使電流反向并適當減小C．保持電流I不變，適當增大BD．使電流I反向，適當減小B解析依據(jù)左手定則，可知通電導線受安培力向上，大小F＝BIL，對棒進行受力分析，可知A、C選項正確．答案AC5.兩根相互垂直的異面通電直導線ab和cd中電流的方向如圖所示，ab在前，cd在后，其中ab固定不動，cd可自由移動，則松手后cd的運動狀況是()A．逆時針轉動，同時靠近abB．逆時針轉動，同時遠離abC．順時針轉動，同時靠近abD．順時針轉動，同時遠離ab解析依據(jù)電流微元法推斷出導線cd在ab的磁場中受力后會順時針轉動，再利用特殊位置法，假設cd轉到與ab共面，則依據(jù)同向電流相吸引可知，導線cd會向導線ab靠近．答案C6.如圖，固定不動的絕緣直導線mn和可以自由移動的矩形線框abcd位于同一平面內，mn與ad、bc邊平行且離ad邊較近．當導線mn中通以向上的電流，線框中通以順時針方向的電流時，線框的運動狀況是()A．向左運動B．向右運動C．以mn為軸轉動D．靜止不動解析線框中通有電流，ad和bc兩導線同時受到通電導線mn的作用力，但由于ad距mn近，故受到作用力大，故可知B選項正確．答案B7．一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2相互絕緣，垂直放置，且兩個線圈都通以如圖所示方向的電流時，則從左向右看，線圈L1將()A．不動 B．順時針轉動C．逆時針轉動 D．向紙外平動解析依據(jù)同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，可推斷出從左向右看線圈L1將逆時針轉動，或者用等效法將L1的環(huán)形電流等效成小磁針，L2的磁場垂直紙面對里，故L1將逆時針轉動，故選項C正確．答案C8．如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中心上方固定一根長直導線，導線與條形磁鐵垂直．當導線中通以垂直紙面對里的電流時，用FN表示磁鐵對桌面的壓力，F(xiàn)靜表示桌面對磁鐵的摩擦力，則導線通電后與通電前受力相比較是()A．FN減小，F(xiàn)靜＝0 B．FN減小，F(xiàn)靜≠0C．FN增大，F(xiàn)靜＝0 D．FN增大，F(xiàn)靜≠0解析如圖所示，畫出一條通電電流為I的導線所在處的磁鐵的磁感線，電流I處的磁場方向水平向左，由左手定則知，電流I受安培力方向豎直向上．依據(jù)牛頓第三定律可知，電流對磁鐵的反作用力方向豎直向下，所以磁鐵對桌面壓力增大，而桌面對磁鐵無摩擦力作用，故正確選項為C.答案C9．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ.假如僅轉變下列某一個條件，θ角的相應變化狀況是()A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長變短，θ角變小C．金屬棒質量變大，θ角變大D．磁感應強度變大，θ角變小解析作出側視圖，并對導體棒進行受力分析，如圖所示，據(jù)圖可得tanθ＝eq\f(BIL,mg)，若棒中的電流I變大，則θ變大，選項A正確；若兩懸線等長變短，則θ不變，選項B錯誤；若金屬棒的質量m變大，則θ變小，選項C錯誤；若磁感應強度B變大，則θ變大，選項D錯誤．答案A10.如圖所示，質量為m，長為L，通有電流為I的導體棒ab靜止在水平導軌上，勻強磁場磁感應強度為B，其方向與導軌平面成α角斜向上且和棒ab垂直，ab處于靜止狀態(tài)，則ab受到的摩擦力大小為______，方向為________，受到的支持力為________．解析畫出ab棒的橫截面圖，并受力分析如右圖所示，由于棒ab處于靜止狀態(tài)，由水平方向受力平衡，可得Ff＝F安sinα＝BILsinα，方向水平向右．豎直方向上受力平衡，得F安cosα＋FN＝mg，則FN＝mg－BILcosα.答案BILsinα水平向右mg－BILcosα11．如圖所示，固定的兩光滑導體圓環(huán)半徑為0.5m，相距1m．在兩圓環(huán)上放一導體棒，圓環(huán)上接有電源，電源的電動勢為3V，內阻不計．導體棒質量為60g，電阻為1.5Ω.勻強磁場豎直向上，且B＝0.4T(1)靜止后每個環(huán)對棒的支持力；(g取10m/s2(2)此棒靜止后的位置與環(huán)底高度差．解析(1)導體棒靜止時，設每個環(huán)對棒的支持力為F1，兩環(huán)對棒的作用力為FN，則FN＝2F1，棒所受重力mg、兩環(huán)對其作用力FN和安培力F共同作用而平衡，則三力的合力為零，如圖所示，由安培力公式，得F＝BIL＝eq\f(BLE,R)＝eq\f(0.4×1×3,1.5)N＝0.8N，則F1＝eq\f(FN,2)＝eq\f(\r(F2＋mg2),2)＝0.5N(2)設環(huán)對棒的作用力FN與水平方向的夾角為θ，棒靜止后的位置與環(huán)底的高度為h，則tanθ＝eq\f(mg,F)＝eq\f(0.06×10,0.8)＝eq\f(3,4)h＝r(1－sinθ)＝0.5×(1－eq\f(3,5))m＝0.2m答案(1)0.5N(2)0.212.如圖所示，電源電動勢E＝2V，r＝0.5Ω，豎直導軌寬L＝0.2m，導軌電阻不計．另有一金屬棒ab，質量m＝0.1kg，電阻R＝0.5Ω，它與軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，金屬棒靠在導軌的外面．為使金屬棒靜止不下滑，施加一個與紙面夾角為30°且方向向里的勻強磁場，g取10m/(1)磁場的方向；(2)磁感應強度B的取值范圍．解析(1)通電導線ab的截面受力分析如下圖所示(從a端看)，由圖可知磁場方向斜向下．(2)當ab棒有下滑的趨勢時，受向上的靜摩擦力為F1，則有Fsin30°＋F1－mg＝0又F＝B1ILF1＝μFcos30°I＝eq\f(E,R＋r)由以上四式，解得B1≈3.0T當ab棒有上滑的趨勢時，受向下的靜摩擦力為F2，如圖所示，則有F′sin30°－F2－mg＝0F′＝B2ILF2＝μF′cos30°由以上各式，解得B2＝16.3T所以B的取值范圍是3.0T≤B≤16.3T.答案(1)斜向下(2)3.0T≤B≤16.3T13．圖中虛線框內存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強磁場．現(xiàn)通過測量通電導線在磁場中所受的安培力來測量磁場的磁感應強度大小、并判定其方向．所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內的U形金屬框，其底邊水平，兩側邊豎直且等長；E為直流電源；R為電阻箱；A為電流表；S為開關．此外還有細沙、天平、米尺和若干輕質導線．(1)在圖中畫線連接成試驗電路圖．(2)完成下列主要試驗步驟中的填空：①按圖接線．②保持開關S斷開，在托盤內加入適量細沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細沙質量m1.③閉合開關S，調整R的值使電流大小適當，在托盤內重新加入適量細沙，使D__________；然后讀出________，并用天平稱出________．④用米尺測量________．(3)用測得的物理量和重力加速度g表示磁感應強度的大小，可以得出B＝________.(4)判定磁感應強度方向的方法是：若________，磁感應強度方向垂直紙面對外；反之，磁感應強度方向垂直紙面對里．解析(1)應當用串聯(lián)電路．(2)通電前，依據(jù)D處于平衡狀態(tài)，有mDg＝m1g.通電后，D受安培力的作用，為求解安培力需要使D重新平衡，為了表示安培力需要測量