人教版高中物理选修31作业通电导线在磁场中受到的力含答案.docx
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人教版高中物理选修31作业通电导线在磁场中受到的力含答案
通电导线在磁场中受到的力课后作业
一、选择题(8×5′,共40分)
1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系,正确的说法是( )
A.磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的
B.磁场方向一定与安培力方向垂直,但电流方向不一定与安培力方向垂直
C.磁场方向不一定与安培力方向垂直,但电流方向一定与安培力方向垂直
D.磁场方向不一定与电流方向垂直,但安培力方向一定既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直
解析:
通电导线放入磁场中,不管电流与磁场是否垂直,安培力一定垂直磁场和电流所确定的平面,即安培力总是既垂直磁场方向,又垂直电流方向.
答案:
D
图16
2.在等边三角形的三个顶点a、b、c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16.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
解析:
本题考查的知识点是右手定则、磁感应强度的叠加、左手定则.因a、b处的导线中的电流方向垂直纸面向内,根据右手定则可以判断a处导线中的电流在c处产生的磁场方向为与ac边垂直且指向左下方;b处导线中的电流在c处产生的磁场方向为与bc边垂直且指向右下方.由几何知识可得两个磁场方向的夹角为60°,又由于c点距a、b两点的距离相等,a、b处导线中的电流相等,所以产生的两个磁感应强度大小也相等,由平行四边形定则合成后的磁场方向竖直向下.由左手定则可以判断c处导线受到的安培力与ab边垂直,指向左边,故选项C正确.
答案:
C
3.两条导线相互垂直且彼此绝缘,如图17所示,其中AB固定,CD能自由移动,当通以如图方向的电流时,导线CD将(从纸外向纸里看)( )
图17
A.顺时针转动,同时靠近AB
B.逆时针转动,同时靠近AB
C.顺时针转动,同时远离AB
D.逆时针转动,同时远离AB
解析:
将CD看成是放入AB导线激发的磁场中的通电导体,再用左手定则判断受力方向.
答案:
B
图18
4.(2010年上海卷)如图18,长为2L的直导线折成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A.0 B.0.5BIL
C.BILD.2BIL
图19
解析:
安培力公式F=BIL,其中L为垂直放于磁场中导线的有效长度,图19中的有效长度为虚线所示,其长度为L,所以通电导线受到的安培力F=IBL,选项C正确.
答案:
C
5.某地的地磁场大约是4.0×10-5T,一根长为500m的电线,通入电流强度为10A的电流,该导线可能受到的安培力为( )
A.0B.0.1N
C.0.3ND.0.4N
解析:
该电线与地磁场恰好垂直放置时,受到的安培力最大,Fm=BIL=4.0×10-5×10×500N=0.2N,当I∥B时,Fmin=0,所以选项A、B正确.
答案:
AB
6.如图20所示的天平可用来测定磁感应强度,天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面,当线圈中通有电流I时,方向如图,在天平左、右两边各加质量分别为m1、m2的砝码,天平平衡,当电流反向时(大小不变),右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡,由此可知( )
图20
A.磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为
B.磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为
C.磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为
D.磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为
解析:
如果磁感应强度方向垂直纸面向里,则线圈底边所受安培力方向竖直向下,此时天平平衡,由力矩平衡知:
m1gL′=(m2g+NBIL)L′,式中L′为天平力臂,如果将电流改变方向,在右侧再加上m的砝码后又平衡了,则:
m1gL′=(m2g+mg-NBIL)·L′,解得B=
,故B正确.如果磁场方向垂直纸面向外,第一次平衡:
m1gL′=(m2g-NBIL)·L′,第二次平衡:
m1gL′=(m2g+mg+NBIL)·L′.
这两方程联立无解,所以正确答案为B.
答案:
B
7.在北半球地面上,有一条东西方向水平放置的长直导线,通有从东向西流动的电流,则此通电导线所受地磁场的作用力的方向应是( )
A.向上偏北B.向下偏南
C.向南D.向北
解析:
在北半球,地磁场的磁场方向应向下偏北,由左手定则,东西方向的导线受到的安培力方向应向下偏南.
答案:
B
图21
8.在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长直通电导线,电流的方向垂直纸面向外.如图21所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中( )
A.b、d两点的磁感应强度大小相等
B.a、b两点的磁感应强度大小相等
C.a点的磁感应强度最小
D.c点的磁感应强度最大
解析:
a、b、c、d四点处在匀强磁场B0和通电直导线形成的磁场的叠加场中,各点的磁感应强度为B0和通电直导线在该处产生磁场B′的矢量和.依题意,通电导线在a、b、c、d四点产生的磁感应强度B′大小相等,方向为逆时针,其合场强为Ba=B0-B′,Bc=B0+B′,
Bb=
,Bd=
.
答案:
ACD
二、非选择题(9、10题各10分,11、12题各20分,共60分)
图22
9.如图22所示,质量为m,长为L,通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上,匀强磁场磁感应强度为B,其方向与导轨平面成α角斜向上且和棒ab垂直,ab处于静止状态,则棒ab受到的摩擦力大小为________,方向为________,
图23
受到的支持力为________.
解析:
画出ab棒的横截面图,并受力分析如答图23所示,因为棒ab处于静止状态,由棒ab水平方向受力平衡可得Ff=F安sinα=BILsinα,方向水平向右.棒ab竖直方向上受力平衡,得F安cosα+FN=mg,则FN=mg-BILcosα.
答案:
BILsinα;水平向右;mg-BILcosα
图24
10.通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上,通有如图24所示的电流时,通电直导线A受到水平向________的安培力作用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改变方向时,通电直导线A所受到的安培力方向水平向________.
解析:
由题图可知,直导线A位于导线环B产生的垂直纸面向里的磁场中,根据左手定则,可判断导线A受到的安培力方向向右.当A、B中的电流方向改变时,A导线处于导线B产生垂直纸面向外的磁场中,同时导线A的电流方向改变,依据左手定则可以判定,A受到的安培力仍水平向右.
答案:
右;右
图25
11.如图25所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m,质量为6×10-2kg的通电直导线,电流强度I=1A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4T,方向竖直向上的磁场中,设t=0时,B=0,则需要几秒,斜面对导线的支持力为零?
(g取10m/s2)
图26
解:
当斜面对导线的支持力为零时,导线受力如答图26所示,设经ts时B=0.4t(T),通电导线受的安培力为FA=BIL,根据平衡条件有:
FA=mgcot37°,所以BIL=mgcot37°,所以B=
=2T,所以t=5s.
图27
12.在磁感应强度B=0.08T,方向竖直向下的匀强磁场中,一根长度L1=20cm,质量m=24g的金属横杆水平地悬挂在两根长度均为L2=12cm的轻细导线上,导线中通有如图27所示方向的电流,电流强度保持为I=2.5A不变,横杆在悬线偏离竖直位置θ=30°处由静止开始摆下,求横杆通过最低位置时的瞬时速度大小.
解:
金属杆在磁场中受到的安培力是恒力,大小F=BIL1=0.08×2.5×0.2N=0.04N,方向水平,且安培力在杆下摆过程中做负功,根据动能定理,得
mgL2(1-cosθ)-FL2·sinθ=
mv2,
L2=12cm=0.12m,
v=
=
m/s=0.35m/s.