新教材2023-2024學年高中物理第1章安培力與洛倫茲力分層作業(yè)1磁吃通電導線的作用力課件新人教版選擇性必修第二冊

第一章分層作業(yè)1磁場對通電導線的作用力12345678910111213A級必備知識基礎練1.(多選)通電矩形導線框abcd與無限長通電直導線MN在同一平面內,電流方向如圖所示,ab邊與MN平行。關于MN產生的磁場對線框的作用,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等C.線框所受安培力的合力向左D.線框將繞MN轉動BC12345678910111213解析

通電矩形導線框abcd在無限長通電直導線形成的磁場中,受到安培力的作用,對于ad邊和bc邊,所在處磁場相同,但電流方向相反,所以ad邊、bc邊所受安培力大小相等,方向相反,即ad邊和bc邊所受合力為零。而對于ab邊和cd邊,由于在磁場中離長直導線的距離不同,ab邊近且由左手定則判斷受力向左,cd邊遠且由左手定則判斷受力向右,所以ab邊和cd邊所受合力方向向左,故B、C正確,A、D錯誤。123456789101112132.如圖所示,金屬桿MN中電流為I,與導軌CD夾角為θ,導軌垂直于磁場放置,磁感應強度為B,AK與CD相距為d,則MN所受安培力大小為(

)A.IdB

B.IdBsinθC解析

題中磁場和電流垂直,θ角僅是導軌與金屬桿MN間的夾角,不是電流與磁場的夾角。金屬桿MN在磁場中的有效長度為

,則MN所受安培力大小為F=,故C正確。123456789101112133.(2023江蘇吳江高二月考)如圖所示,一段導線abcd位于磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場中,且與磁場方向垂直。導線ab、bc和cd的長度均為l,且∠abc=∠bcd=135°。流經導線的電流為I,方向如圖中箭頭所示。則導線abcd所受的磁場的作用力的合力為(

)A12345678910111213解析

導線abcd的有效長度為線段ad的長度,由幾何知識知lad=(+1)l,故導線abcd所受的磁場的作用力的合力大小F=IladB=(+1)IlB,導線有效長度的電流方向為a→d,據(jù)左手定則可以確定導線所受合力方向沿紙面向上,故A正確。123456789101112134.如圖所示,D為置于電磁鐵兩極間的一段通電直導線,電流方向垂直于紙面向里。在開關S閉合后,導線D所受安培力的方向是(

)A.向上 B.向下C.向左 D.向右A解析

由右手螺旋定則,軟鐵芯在導線D處的磁場方向向左,由左手定則,導線D受到的安培力方向向上,選項A正確。123456789101112135.(多選)一根長為0.2m、電流為2A的通電直導線,放在磁感應強度為0.5T的勻強磁場中,受到安培力的大小可能是(

)A.0.4N B.0.2NC.0.1N D.0BCD解析

當磁感應強度方向與通電直導線垂直時,安培力有最大值,為F=IlB=2×0.2×0.5

N=0.2

N。當磁感應強度方向與通電直導線平行時,安培力有最小值,為0。隨著二者方向夾角的變化,安培力大小在0與0.2

N之間取值,故B、C、D正確,A錯誤。123456789101112136.(多選)如圖所示,紙面內的金屬圓環(huán)中通有電流I,圓環(huán)圓心為O、半徑為R,P、Q為圓環(huán)上兩點,且OP垂直于OQ,磁感應強度大小為B的勻強磁場垂直于紙面向里,則(

)A.整個圓環(huán)受到的安培力大小為2πIRBB.整個圓環(huán)受到的安培力大小為0BD12345678910111213解析

根據(jù)左手定則可知,整個圓環(huán)關于圓心對稱的兩部分受到的安培力等大反向,受到的合力為0,選項A錯誤,B正確;圓弧PQ受到的安培力大小等于直線段PQ受到的安培力大小,為

IRB,選項C錯誤,D正確。123456789101112137.(2023上海高二期中)如圖所示,邊長為l的等邊三角形線框ABC由三根相同的導體連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應強度方向垂直。設導體AC受到的安培力大小為F1,導體AB、BC受到的安培力的合力的大小為F2,則F1∶F2為(

)A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.4∶1C12345678910111213解析

由已知條件可知,導體AB、BC的有效長度與AC相同,等效后的電流方向也與AC相同,AB、BC串聯(lián)的電阻等于AC電阻的兩倍,兩支路為并聯(lián)關系,設AC中的電流大小為2I,則AB、BC中的電流為I,設AC的長為l,則F1=2IlB,F2=IlB,方向與AC所受安培力的方向相同,故F1∶F2=2∶1,C正確,A、B、D錯誤。12345678910111213B級關鍵能力提升練8.將閉合通電導線圓環(huán)平行于紙面緩慢地豎直向下放入方向垂直紙面向里的勻強磁場中,如圖所示,則在通電圓環(huán)從剛進入到完全進入磁場的過程中,所受的安培力大小(

)A.逐漸增大

B.逐漸變小C.先增大后減小 D.先減小后增大C解析

通電圓環(huán)受到的安培力大小F=ILB,其中I、B分別為所通電流大小、磁感應強度大小,L指有效長度,它等于圓環(huán)所截邊界線的長度。由于L先增大后減小,所以安培力先增大后減小,C正確。123456789101112139.如圖所示,三根相互平行的長度為l的固定長直導線a、b、c兩兩等距,截面構成等邊三角形,均通有電流I。a中電流方向與c中的相同,與b中的相反。已知b中的電流在a導線位置處產生的磁場的磁感應強度大小為B0,則(

)A.b、c中電流在a導線處產生的合磁場的磁感應強度為0B.b、c中電流在a導線處產生的合磁場的磁感應強度大小為2B0C.a導線受到的安培力大小為IlB0D.a導線受到的安培力大小為

IlB0C12345678910111213解析

導線a、b、c兩兩等距,截面構成等邊三角形,均通有電流I,b中的電流在a導線位置處產生的磁場的磁感應強度大小為B0,則導線a、c在其他導線位置處產生的磁場的磁感應強度大小也為B0,b、c中電流在a導線處產生的磁場如圖所示,根據(jù)幾何關系可知其夾角為120°,合磁場的磁感應強度大小為B0,則a導線受到的安培力大小為F=IlB0,故選C。1234567891011121310.電子天平的原理簡略示意圖如圖所示,秤盤上不放重物時彈簧處于壓縮狀態(tài),彈簧的長度為l,此時外界通入線圈中的電流為0;重物放在秤盤上后,在安培力作用下彈簧長度恢復為l,可認為此時外界通入線圈的電流為I,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以根據(jù)I的大小計算出托盤上物體的質量m。已知線圈的匝數(shù)為n,磁極寬度為l,兩極間的磁感應強度為B,重力加速度為g,則以下說法正確的是(

)A.電流從C端流入線圈,從D端流出B.線圈所受的安培力方向向下D.在其他條件都不變的情況下,增加線圈的匝數(shù),可以擴大電子天平的量程

D12345678910111213解析

重物放在秤盤上后,秤盤和線圈在安培力作用下向上恢復到未放重物時的位置,說明安培力的方向向上,由左手定則即可判斷出電流由D流入,由C流出,故A、B錯誤;兩極間的磁感應強度大小均為B,磁極寬度均為l,線圈匝數(shù)為n,左、右兩側受到的安培力相等,有mg=2nBIl,解得m=,故C錯誤;在其他條件都不變的情況下,當n增大時,安培力也隨之增大,所以增加線圈的匝數(shù),可以擴大電子天平的量程,故D正確。1234567891011121311.如圖所示,在傾角為37°的光滑斜面上有一根長為0.4m、質量為6×10-2

kg的通電直導線,電流I=1A,方向垂直紙面向外,導線用平行于斜面的輕繩系住不動,整個裝置放在磁感應強度每秒增加0.4T、方向豎直向上的磁場中,t=0時,B=0,則需要多長時間斜面對導線的支持力為零?(g取10m/s2)12345678910111213答案

5s解析

導線所受斜面的支持力恰為零時的受力情況如圖所示。

而F=BIlB=0.4t(T)代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得t=5

s。1234567891011121312.

如圖所示,兩平行導軌所在的平面與水平面夾角θ=37°,導軌的一端接有電動勢E=3V、內阻r=0.5Ω的直流電源,兩導軌間的距離L=0.4m,在導軌所在空間內分布著磁感應強度B=0.5T、方向垂直于導軌所在平面向上的勻強磁場。現(xiàn)把一個質量m=0.08kg的導體棒ab放在金屬導軌上,導體棒始終與金屬導軌垂直且接觸良好,導體棒的電阻R=1.0Ω,導體棒恰好剛要滑動,金屬導軌電阻不計,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:(1)ab棒受到的安培力;(2)ab棒與導軌的動摩擦因數(shù)μ。12345678910111213答案

(1)0.4N,沿兩導軌所在平面向上

(2)0.125導體棒受到的安培力為F安=BIL=0.4

N由左手定則可知,安培力沿兩導軌所在平面向上。(2)對導體棒受力分析,將重力正交分解,沿導軌方向有F1=mgsin

37°=0.48

NF1>F安根據(jù)平衡條件可知,摩擦力沿斜面向上,所以有mgsin

37°=F安+μmgcos

37°解得μ=0.125。1234567891011121313.某同學設計了如圖所示的裝置測量磁場的磁感應強度。一質量為0.2kg、長為20cm、電阻為2Ω的金屬棒ab,用兩根相同的輕彈簧水平懸掛在方向垂直于紙面向外的待測勻強磁場中,每根彈簧的勁度系數(shù)為50N/m,彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關與一電動勢為12V、內阻為1Ω的電池相連。斷