2024-2025學年高中物理課時作業(yè)16安培力的應用含解析粵教版選修3-1

PAGE8-課時分層作業(yè)(十六)安培力的應用(時間：40分鐘分值：100分)[基礎達標練]選擇題(本題共8小題，每小題6分)1．(多選)磁電式電流表的蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是勻稱地輻射分布的，目的是()A．使磁場成圓柱形，以便線圈轉動B．使線圈平面在水平位置時與磁感線平行C．使線圈平面始終與磁感線平行D．使線圈受電磁力矩始終最大CD[線圈平面始終和磁感線平行，可使線圈在轉動過程中所受電磁力矩始終最大，M＝NBIS，以保證轉動效果，若磁場是勻強磁場，則當線圈轉至和磁場垂直時，磁力矩為零．]2．關于通電直導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直導線和磁場方向的夾角無關D．將直導線從中點折成直角，安培力的大小肯定變?yōu)樵瓉淼囊话隑[本題考查安培力的大小和方向．安培力總是垂直于磁場與電流所確定的平面，因此，安培力總與磁場和電流垂直，A錯誤，B正確；安培力F＝BILsinθ，其中θ是導線與磁場方向的夾角，所以C錯誤；將直導線從中點折成直角，導線受到安培力的大小不僅與有效長度有關，還與導線在磁場中的相對位置有關，D錯誤．]3．(多選)超導電磁鐵相斥式磁懸浮列車能夠懸浮的原理是()A．超導體的電阻為零B．超導體的磁性很強C．超導體電流的磁場方向與軌道上磁場方向相反D．超導體電流產(chǎn)生的磁力與列車重力平衡CD[列車能夠懸浮，必定受到了向上的力，這個力就是車上超導體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈中電流形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，這個力與列車重力平衡，列車才能懸?。虼藘纱艌龇较虮匦柘喾矗蔆、D正確．超導體無電流時，即使電阻為零，也不能產(chǎn)生磁場，因此列車也不能懸浮，則A、B錯誤．]4．如圖所示，表面光滑的金屬圓環(huán)CD固定在絕緣的水平面上，在圓環(huán)上放置一根直導線AB，直導線AB與圓環(huán)CD相互絕緣，且直導線的中點與圓環(huán)的圓心重合．則當兩者通以圖示方向的電流時，導線AB的運動狀況是()A．在圓環(huán)CD上移動 B．向C方向平行移動C．向D方向平行移動 D．仍舊靜止不動B[假設直導線固定不動，依據(jù)右手螺旋定則知，直導線上方的磁場垂直紙面對外，下方磁場垂直紙面對里．在環(huán)形導線的上方和下方各取小微元電流，依據(jù)左手定則，上方的微元電流所受安培力向下，下方的微元電流所受安培力向下，則環(huán)形導線的運動狀況是向下運動．因此依據(jù)相對運動，則可知，直導線向上運動，即向C方向平動．故B正確，A、C、D錯誤．]5.如圖所示，在蹄形磁鐵的上方放置一個可以自由運動的通電線圈abcd，最初線圈平面與蹄形磁鐵處于同一豎直面內，則通電線圈運動的狀況是()A．a(chǎn)b邊轉向紙外，cd邊轉向紙里，同時向下運動B．a(chǎn)b邊轉向紙里，cd邊轉向紙外，同時向下運動C．a(chǎn)b邊轉向紙外，cd邊轉向紙里，同時向上運動D．a(chǎn)b邊轉向紙里，cd邊轉向紙外，同時向上運動B[在圖示位置時，依據(jù)左手定則推斷可知：ad邊左半邊所受磁場力方向向里，右半邊所受磁場力方向向外，則ab邊轉向紙里，cd邊轉向紙外，從圖示位置轉過90°時，依據(jù)左手定則推斷可知：ad邊所受磁場力方向向下，所以線圈ab邊轉向紙里，cd邊轉向紙外，同時向下運動，故B正確，A、C、D錯誤．]6．如圖所示，兩個完全相同且相互絕緣、正交的金屬環(huán)，可沿軸線OO′自由轉動，現(xiàn)通以圖示方向電流，沿OO′看去會發(fā)覺()A．A環(huán)、B環(huán)均不轉動B．A環(huán)將逆時針轉動，B環(huán)也逆時針轉動，兩環(huán)相對不動C．A環(huán)將順時針轉動，B環(huán)也順時針轉動，兩環(huán)相對不動D．A環(huán)將順時針轉動，B環(huán)將逆時針轉動，兩者吸引靠攏至重合為止D[由安培定則可得，A環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向下，B環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向左，兩個磁場相互作用后有磁場的方向趨向一樣的趨勢，所以A環(huán)順時針轉動，B環(huán)逆時針轉動．二者相互靠攏．直至重合．故D正確，A、B、C錯誤．]7．(多選)如圖甲所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音．俯視圖乙表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面即紙面)，磁場方向如圖中箭頭所示，在圖乙中()甲乙A．當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里B．當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外C．當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里D．當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外BC[將圓形線圈看作由多數(shù)小段直導線組成，由左手定則可以推斷，當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外，選項B正確，A錯誤；當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里，選項C正確，D錯誤．]8．(多選)如圖所示，一根通電的直導體放在傾斜的粗糙導軌上，置于圖示方向的勻強磁場中，處于靜止狀態(tài)．現(xiàn)增大電流，導體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導體棒受到的摩擦力的大小改變狀況可能是()A．始終增大 B．先減小后增大C．先增大后減小 D．始終為零AB[若F安<mgsinα，因安培力向上，則摩擦力向上，當F安增大時，F(xiàn)摩減小到零，再向下增大，B正確，C、D錯誤；若F安>mgsinα，摩擦力向下，隨F安增大而始終增大，A正確．][實力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．如圖所示，取一松軟的鋁箔條，把它折成天橋狀并用膠紙粘牢兩端，使蹄形磁鐵橫跨過“天橋”．當電池與鋁箔接通時()A．鋁箔條中部向磁鐵S極運動B．鋁箔條中部向磁鐵N極運動C．鋁箔條中部向下方運動D．鋁箔條中部向上方運動D[由題意，可知，通過“天橋”的電流方向由外向內，而磁場方向由N到S極，依據(jù)左手定則，則可知，箔條中部受到的安培力向上，故A、B、C錯誤，D正確．]2．(多選)圖甲是磁電式電流表的結構示意圖，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是輻向分布的，線圈中a、b兩條導線的長均為L，通有方向如圖乙所示的電流I，兩條導線所在處的磁感應強度大小均為B.則()甲乙A．該磁場是勻強磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將沿順時針方向轉動D．a(chǎn)、b導線受到的安培力的大小總為ILBCD[磁場是勻稱地輻向分布，越接近轉軸，磁場越強．磁感線始終與線圈平面平行，即始終與線圈邊垂直，A、B錯．依據(jù)安培力公式知a、b導線受到的安培力的大小總為ILB，D對．圖示位置，a、b導線受到的安培力的方向分別向上和向下，故線圈將沿順時針方向轉動，C對．]3．如圖所示，A、B、C三根平行通電直導線質量均為m，通入的電流大小均相等，其中C中的電流方向與A、B中的電流方向反向，A、B放置在粗糙的水平面上，C靜止在空中，三根導線的截面處于一個等邊三角形的三個頂點，且三根導線均保持靜止，重力加速度為g，則A導線受到B導線的作用力大小和方向為()A．eq\f(\r(3),3)mg，方向由A指向B B．eq\f(\r(3),3)mg，方向由B指向AC．eq\r(3)mg，方向由A指向B D．eq\r(3)mg，方向由B指向AA[導線C受重力，A、B對C的作用力，如圖所示：由題意可知FAC＝FBC由幾何關系得2FACcos30°＝mg解得FAC＝eq\f(\r(3),3)mg由于三根通電導線電流相等，距離相等，所以各導線間安培力大小相等，所以FAB＝FAC＝eq\f(\r(3),3)mg同向電流相吸異向電流相斥可推斷A導線受到B導線的作用力方向由A指向B，故A正確，B、C、D錯誤．]4．如圖所示的天平可用來測定磁感應強度B.天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬度為l，共N匝，線圈下端懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面．當線圈中通有電流I(方向如圖)時，在天平左右兩邊加上質量各為m1、m2的砝碼后，天平平衡，當電流反向(大小不變)時，右邊再加上質量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知()A．磁感應強度方向垂直紙面對里，B＝eq\f(（m1－m2）g,NIl)B．磁感應強度方向垂直紙面對里，B＝eq\f(mg,2NIl)C．磁感應強度方向垂直紙面對外，B＝eq\f(（m1－m2）g,NIl)D．磁感應強度方向垂直紙面對外，B＝eq\f(mg,2NIl)B[電流反向時，右邊再加質量為m的砝碼后，天平重新平衡，說明安培力的方向原來豎直向下，由左手定則，知磁感應強度方向垂直紙面對里，設線圈質量為m0，依據(jù)平衡條件有m1g＝m2g＋NBIl＋m0g ①m1g＝m2g＋mg－NBIl＋m0g ②由①②解得B＝eq\f(mg,2NIl).]二、非選擇題(28分)5.(14分)如圖所示，將長為50cm、質量為10g的勻稱金屬棒ab的兩端用兩個相同的彈簧懸掛成水平狀態(tài)，并使其位于垂直紙面對里的勻強磁場中．當金屬棒中通過0.4A的電流時，彈簧恰好不伸長．g取10m/s2，問：(1)勻強磁場的磁感應強度是多大？(2)當金屬棒由a到b通過0.2A電流時，彈簧伸長1cm；假如電流方向由b到a，而電流大小不變，則彈簧的伸長量又是多少？[解析](1)因彈簧不伸長，結合安培力的公式得BIL＝mg故B＝eq\f(mg,IL)＝eq\f(0.01×10,0.4×0.5)T＝0.5T.(2)當金屬棒由a到b通過0.2A的電流時，彈簧伸長1cm，對金屬棒，依據(jù)平衡條件有BI1L＋2kx1＝mg電流方向由b到a時，同理有BI1L＋mg＝2kx2聯(lián)立以上各式可得x2＝3cm.[答案](1)0.5T(2)3cm6.(14分)在傾角為θ的光滑斜面上，置一通有電流I，長為L，質量為m的導體棒，如圖所示．問：(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強磁場的磁感應強度B的最小值為多少？方向如何？(2)欲使棒靜止在斜面上，且對斜面無壓力，應加勻強磁場B的最小值為多少？方向如何？[解析](1)欲使棒靜止，則棒受三力平衡，設安培力與斜面的夾角為α，受力如圖所示：則沿斜面方向：BI