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    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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    这是一份高中物理人教版 (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,共7页。

    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(   

        A0.4 N    B0.2 N    C0.1 N    D0

     

    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cd两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从ab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abc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ab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,fafb    B.相互排斥,fafb

        C.相互吸引,fafb    D.相互排斥,fafb

     

    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I2OO'到abcd平面的距离为4r,边长ab=cd=5rab=bc=6r,且abcd两边所在处的磁感应强度大小均为B(由I1产生).求aBcd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 kms(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:

    1D 

    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.

    3BCD 

    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 N0之间.

    4CD 

    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CD正确.

    5B 

    解析:方法一:利用结论法.环形电流L1L2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.

    6D 

    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ab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ab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BaBb(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Sa时,电路的电源只用了一节干电池,当Sb时,电路的电源用了两节干电池,此时电路中的电流比Sa时大,所以有fafb,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DD'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abcd所在处的磁感应强度均为BB又与abcd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.(18.5×105 A  21.0×199 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  2M端应接正极  32.5 A    40.10 T

    解析: (1)设弹簧的伸长为Δx,则有   

        式得     

        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       

        联立①③式并代入数据得    Im=2.5 A   

        4)设量程扩大后,磁感应强度变为B',则有       

        ①⑤式得       

        代入数据得     

     

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