2018年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 第1節(jié) 探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-1.doc

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第1節(jié) 探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 [隨堂檢測(cè)] 1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線(　　) A．受到豎直向上的安培力 B．受到豎直向下的安培力 C．受到由南向北的安培力 D．受到由西向東的安培力 解析：選A.赤道上空地磁場(chǎng)方向水平向北，由左手定則可確定該導(dǎo)線受到安培力方向豎直向上，A正確． 2．(2018太原五中階段性檢測(cè))下圖中分別標(biāo)明了通電直導(dǎo)線中電流 I、 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 和電流所受安培力 F的方向，其中正確的是(　　) 解析：選A.伸開左手，四指指向電流方向，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向?yàn)榘才嗔Ψ较颍蔄中的安培力方向豎直向上，B中的安培力為零，C中安培力方向豎直向下，D中安培力方向垂直紙面向外，故A正確． 3．(多選)一根長(zhǎng)為0.2 m、電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的大小可能是(　　) A．0.4 N　　　　　　　 B．0.2 N C．0.1 N D．0 N 解析：選BCD.據(jù)安培力的定義，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)力有最大值為Fmax＝BIL＝0.520.2 N＝0.2 N；當(dāng)兩者方向平行時(shí)，磁場(chǎng)力有最小值為0；隨著二者方向夾角的不同，磁場(chǎng)力大小可能在0.2 N與0之間取值，故B、C、D正確． 4．(2018河北石家莊辛集中學(xué)檢測(cè))如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(電流方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖所示)．通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是(　　) A．豎直向上 B．豎直向下 C．水平向里 D．水平向外 解析：選C.帶電圓盤如題圖所示轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，形成逆時(shí)針方向的電流，根據(jù)右手螺旋定則可知，在圓盤上方形成的磁場(chǎng)方向豎直向上，根據(jù)左手定則，伸開左手，讓四指指向和電流方向一致，磁感線穿過手心，則大拇指指向紙面內(nèi)側(cè)，因此安培力的方向水平向里，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確． 5．如圖所示，在與水平方向夾角為60的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1 m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3 kg的金屬棒ab，通以從b→a、I＝3 A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求：(g＝10 m/s2) (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小； (2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力大小． 解析：(1)金屬棒ab中電流方向由b→a，它所受安培力方向水平向右，它還受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，三力合力為零，如圖所示． 沿斜面方向有mgsin 60＝BILcos 60 得B＝＝ T≈1.73 T. (2)對(duì)導(dǎo)軌的壓力為F′N＝FN＝＝ N＝6 N. 答案：(1)1.73 T　(2)6 N [課時(shí)作業(yè)] 一、單項(xiàng)選擇題 1．關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力(安培力)，下列說法不正確的是(　　) A．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用 B．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟磁場(chǎng)的方向垂直 C．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直 D．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面 解析：選A.當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，通電直導(dǎo)線不受安培力作用，故A錯(cuò)誤；據(jù)左手定則，判定安培力方向總垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向所確定的平面，故B、C、D均正確． 2．有一段直導(dǎo)線長(zhǎng)1 cm，通過5 A電流，把它置于磁場(chǎng)中某點(diǎn)時(shí)，受到的磁場(chǎng)力為0.1 N，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不可能為(　　) A．1 T　　　　　　　 B．5 T C．2 T D．2.5 T 解析：選A.因?yàn)榘才嗔＝IBlsin θ，所以B＝，當(dāng)θ＝90時(shí)，B＝2 T為最小磁場(chǎng)強(qiáng)度． 3．如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成．當(dāng)電源接通后，磁場(chǎng)對(duì)流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度．下列各俯視圖中正確表示磁場(chǎng)B方向的是(　　) 解析：選B.要使炮彈加速，安培力應(yīng)向右，由左手定則可知：磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向外． 4.如圖所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn)，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以(　　) A．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．使磁場(chǎng)反向 C．適當(dāng)增大電流 D．使電流反向 解析：選C.為使懸線拉力為零，安培力的方向必須向上且增大才能與重力平衡，即合力為零，由左手定則可知，A、B、D錯(cuò)誤，C正確． 5．(2018湖北三市期末聯(lián)考)長(zhǎng)為4L的直導(dǎo)線等分成四等份，折成如圖所示的圖形，其中的V形導(dǎo)線夾角為60，整個(gè)圖形置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以大小為I的電流時(shí)，該通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(　　) A．BIL B．2BIL C．3BIL D．4BIL 解析：選C.V形導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為2Lsin 30＝L，故該V形通電導(dǎo)線受到安培力大小為F＝BI2Lsin 30＝BIL，該整個(gè)通電導(dǎo)線受到的安培力大小為3BIL，故選C. 6．(2018河北定州中學(xué)高二周練)通電導(dǎo)體棒水平放置在光滑絕緣斜面上，整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在以下四種情況中導(dǎo)體棒可能保持靜止?fàn)顟B(tài)的是(　　) 解析：選D.A圖中導(dǎo)體棒受重力、豎直向下的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點(diǎn)力平衡可知，A錯(cuò)誤；B圖中導(dǎo)體棒受重力、水平向左的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點(diǎn)力平衡可知，B錯(cuò)誤；C圖中導(dǎo)體棒受重力、沿斜面向下的安培力、垂直斜面斜向上的支持力，由共點(diǎn)力平衡可知，C錯(cuò)誤；D圖中導(dǎo)體棒受重力、沿斜面向上的安培力、垂直斜面向上的支持力，由共點(diǎn)力平衡可知，D正確． 二、多項(xiàng)選擇題 7．關(guān)于電流計(jì)以下說法正確的是(　　) A．指針穩(wěn)定后，游絲形變產(chǎn)生的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的 B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大 C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng) D．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無關(guān) 解析：選ABD.游絲形變產(chǎn)生的阻力效果與安培力引起的動(dòng)力效果平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看二力方向相反．電流計(jì)內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(chǎng)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線圈所在各處的磁場(chǎng)大小相等方向不同，所以安培力大小與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān)，電流越大，安培力越大，指針轉(zhuǎn)過的角度越大，正確的選項(xiàng)為A、B、D，而C錯(cuò)誤． 8．(2018江蘇泰州中學(xué)檢測(cè))如圖所示，在“研究影響通電導(dǎo)體棒所受磁場(chǎng)力的因素”實(shí)驗(yàn)中，要使導(dǎo)體棒擺動(dòng)的幅度增大，以下操作中可行的是(　　) A．增加磁鐵的數(shù)量 B．增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度 C．改變導(dǎo)體棒中的電流方向 D．將磁鐵更換成磁性較強(qiáng)的 解析：選ABD.增大安培力即可使導(dǎo)體棒擺動(dòng)的幅度增大，根據(jù)安培力的公式F＝BIL可知，增加磁鐵的數(shù)量，在磁場(chǎng)中有效長(zhǎng)度增加，安培力增加；增大導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度，安培力增大；改變導(dǎo)體棒中的電流方向，只會(huì)改變安培力的方向，不會(huì)改變安培力的大小；將磁鐵更換成磁性較強(qiáng)的，磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，安培力增大，綜上所述選項(xiàng)C不可行． 9．通電矩形導(dǎo)線框abcd與無限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行．關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用，下列敘述正確的是(　　) A．線框有兩條邊所受的安培力方向相同 B．線框有兩條邊所受的安培力大小相同 C．線框所受安培力的合力方向向左 D．線框?qū)⒗@MN轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：選BC.通電矩形導(dǎo)線框abcd在無限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線形成的磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的作用，對(duì)于ad邊和bc邊，所在的磁場(chǎng)相同，但電流方向相反，所以ad邊、bc邊受磁場(chǎng)力(安培力)大小相同，方向相反，即ad邊和bc邊受合力為零．而對(duì)于ab和cd兩條邊，由于在磁場(chǎng)中，離長(zhǎng)直導(dǎo)線的位置不同，ab邊近而且由左手定則判斷受力向左，cd邊遠(yuǎn)而且由左手定則判斷受力向右，所以ab邊、cd邊受合力方向向左，故B、C選項(xiàng)正確． 10. (2018甘肅蘭州一中高二期末)如圖所示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能為(　　) A．z軸正方向，tan θ B．y軸正方向， C．z軸負(fù)方向，tan θ D．沿懸線向上， sin θ 解析：選BC.對(duì)導(dǎo)線受力分析，畫出平面圖，其受到豎直向下的重力、沿懸線向上的拉力和安培力(未畫出，需要根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向而定)，電流方向垂直于紙面向外．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿z軸正方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知安培力沿y軸負(fù)方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)導(dǎo)線不可能保持靜止?fàn)顟B(tài)，故A錯(cuò)誤；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿y軸正方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知安培力沿z軸正方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)懸線的拉力T為零，導(dǎo)線受重力和安培力，由力的平衡條件可知，二力等大反向，有BIL＝mg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝，故B正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿z軸負(fù)方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知安培力沿y軸正方向，由力的平衡條件可知，此時(shí)安培力BIL＝mgtan θ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝，故C正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿懸線向上時(shí)，根據(jù)左手定則可知安培力垂直于懸線向下，與y軸負(fù)方向夾角為θ，由力的平衡條件可知，此時(shí)導(dǎo)線不可能保持靜止?fàn)顟B(tài)，故D錯(cuò)誤． 三、非選擇題 11.質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN靜止于寬度為L(zhǎng)的水平導(dǎo)軌上，通過MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與導(dǎo)軌平面成θ角斜向下，如圖所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小． 解析：導(dǎo)體棒MN處于平衡狀態(tài)，注意題中磁場(chǎng)方向與MN是垂直的，作出其側(cè)視圖，對(duì)MN進(jìn)行受力分析，如圖所示． 由平衡條件有： f＝Fsin θ， N＝Fcos θ＋mg，其中F＝ILB 解得：N＝ILBcos θ＋mg， f＝ILBsin θ. 答案：ILBcos θ＋mg　ILBsin θ 12. (2018河北邯鄲第一中學(xué)期末)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與水平面成θ＝37角的導(dǎo)電滑軌，滑軌上放置一個(gè)可自由移動(dòng)的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源電動(dòng)勢(shì)E＝12 V，內(nèi)阻不計(jì)，ab桿長(zhǎng)L＝0.5 m，質(zhì)量m＝0.2 kg，桿與滑軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計(jì)，g取10 m/s2，sin 37＝0.6，求：接在滑軌上的滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變化時(shí)，可使ab桿在滑軌上保持靜止？(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 解析：對(duì)金屬桿受力分析，回路中的電流為：I＝ 金屬桿受到的安培力為：F＝BIL 當(dāng)摩擦力沿斜面向上，電流強(qiáng)度最小，電阻最大，由共點(diǎn)力平衡得：mgsin 37－f－Fcos 37＝0 mgcos 37＋Fsin 37－FN＝0 f＝μFN 聯(lián)立解得：Rmax＝5 Ω 當(dāng)摩擦力沿斜面向下，電流強(qiáng)度最大，電阻最小，由共點(diǎn)力平衡得： mgsin 37＋f－Fcos 37＝0 mgcos 37＋Fsin 37－FN＝0 f＝μFN 聯(lián)立解得：Rmin＝3 Ω 故可變電阻在3～5 Ω范圍內(nèi)． 答案：3～5 Ω