高二物理选修3-1第三章各节同步检测3-4
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第四节通电导线在磁场中受到的力
基础夯实
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
答案:D
解析:电流放入磁场中,不管电流与磁场是否垂直,安培力均垂直磁场和电流所确定的平面,即安培力总是垂直磁场方向,安培力总是垂直电流方向.
2.(2011·乌鲁木齐高二检测)在赤道正上方某处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是()
A.竖直向上B.竖直向下
C.向南D.向北
答案:B
解析:赤道正上方地磁场的方向水平向北,由于电流方向沿水平方向由东向西.根据左手定则判知通电导线所受安培力方向应竖直向下,故B对,A、C、D都错.
3.(2011·孝感高二检测)磁场中某
区域的磁感线如图所示,则()
A.a、b两处的磁感应强度的
大小不等,B a>B b
B.a、b两处的磁感应强度的
大小不等,B a<B b
C.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大
D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
答案:B
4.在下图中,标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向,以及通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是()
答案:C
5.要想提高磁电式电流表的灵敏度,可采用的办法有()
A.增加线圈匝数
B.增加永久性磁铁的磁感应强度
C.增加线圈面积
D.减小转轴处摩擦
答案:ABCD
解析:蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的磁场.放在其中的通电线圈不管转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线框两
边所受的力始终跟线框面垂直.所以线框所受磁力矩在各位置时均为M=NISB.
当N、S、B一定时,线框所受力矩与通入的电流强度成正比.线框转动时,通过转轴收紧两根螺旋弹簧.这样,线圈在通电时除了受到磁力矩外,还受到弹簧的反抗力矩,当两种力矩平衡时,线圈停在一定的位置上.电流越大,磁力矩越大,与它平衡的反抗力矩也应越大,于是线圈转角也越大.磁力矩M1=NISB,反抗力矩M2
=kθ,当M1=M2时,线圈停于某一位置,此时线圈偏转角度θ=NSB k·I.
可见,转角θ与k、N、B、S、I有关.
可见,电流表灵敏度将随着线圈匝数N、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高,随着螺旋弹簧扭转系数k(即转过1°所需外力矩的大小)的增大而降低.另外,减小摩擦也有利于灵敏度的提高,故选项A、B、C、D都正确.
6.(2011·长沙高二检测)已知质量为m
的通电细杆ab与导轨间的摩擦系数为μ,
有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图所
示,下图是它的四个侧视图四种可能的匀
强磁场方向,其中能使杆ab与导轨之间
摩擦力为零的图是()
答案:AB
解析:用左手定则判断各图中导电细杆的受力方向,再判断通电细杆所受的合力.
7.如图所示,接通开关时,观察到金属棒动起来这说明________,断开开关后,将滑动变阻器的滑动片向左滑动一段距离后,再接通开关时你观察到________;这种现象说明________.
答案:通电导线在磁场中受到力的作用;金属棒摆动的角度更大些;电流越强,导线受到的安培力越大
8.如图所示,在磁感应强度B=1T的匀
强磁场中,用两根细线悬挂长L=10cm、质
量m=5g的金属杆.
在金属杆中通以稳恒电流,使悬线受的
拉力为零.
(1)求金属杆中电流的大小和方向;
(2)若每根悬线所受的拉力为0.1N,求金属杆中的电流的大小和方向(g=10m/s2).
答案:(1)0.5A,方向水平向右(2)1.5A,方向水平向左
解析:(1)因为悬线受的拉力为零,所受安培力方向向上
F安=BIL=mg
解得:I=0.5A,方向水平向右.
(2)金属导线在重力mg、悬挂拉力2F和安培力BIL的作用下平衡,
所以有:mg+BIL=2F
解得:I=1.5A,方向水平向左.
能力提升
1.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向.
答案:
2.在下图所示电路中,电池均相同,当电键S分别置于a、b 两处时,导线MM′与NN′之间的安培力的大小为f a、f b,可判断这两段导线()
A.相互吸引,f a>f b B.相互排斥,f a>f b
C.相互吸引,f a<f b D.相互排斥,f a<f b
答案:D
解析:无论开关置于a还是置于b,两导线中通过的都是反向电流,相互间作用力为斥力,A、C错误.开关置于位置b时电路中电流较大,导线间相互作用力也较大,故D正确.
3.在稀硫酸溶液中有一浮子,它的上
部是一轻金属环,下部是分开的铜片和
锌片.一开始金属环如图示放置,松开
浮子后,则()
A.浮子一直保持静止不动
B.浮子将不停地转动
C.浮子将转过90°后再保持静止
D.浮子将转过180°后再保持静止
答案:A
解析:该装置为一化学电池,铜片为电池正极.弯曲金属环中电流由铜片流向锌片.图示位置电流环平面与地磁场方向垂直,受磁力矩为零.所以浮子不会转动.利用等效方法将环形电流看成小条形磁铁,其N极指向与地磁场此处磁感线方向相同,电流环不会转动.在此位置处金属环属于稳定平衡态.
4.(2010·哈尔滨高二检测)如图
所示,一条形磁铁放在水平桌面
上,在磁铁右上方固定一根与磁铁
垂直的长直导线.当导线中通以由外向内的电流时磁铁仍然保持静止,则( )
A .磁铁受到向左的摩擦力,对桌面的压力减小
B .磁铁受到向右的摩擦力,对桌面的压力减小
C .磁铁受到向左的摩擦力,对桌面的压力增大
D .磁铁不受摩擦力,对桌面的压力不变
答案:A
解析:由左手定则可判知导体棒受到磁铁给它斜向左下方的安培力,根据牛顿第三定律得到磁铁受到斜向右上方的作用力,所以A 选项正确.
5.(2011·嘉积中学高二质检)如图所示,
磁极间存在水平磁场,磁感应强度B 为
0.4T.水平放置的导线AC 与磁场方向垂
直,导线每米长度的重力为1N.导线恰好
悬在空中平衡,则导线中的电流方向是
________;电流大小为________A.
答案:由C 到A 2.5
解析:导线所受安培力竖直向上,且有mg =BIL ,I =mg BL =2.5A ,
由左手定则可知,电流方向是由C 到A .
6.地球是个大磁体,在赤道上,地磁场可以看成是沿南北 方向的匀强磁场.如果赤道某处的磁感应强度大小为0.5×10-4T ,在赤道上有一根东西方向的直导线,长为20m ,载有从东往西
的电流30A.则地磁场对这根导线的作用力有多大?方向如何?
答案:3.0×10-2N ;方向垂直指向地面.
解析:地磁场的磁感应强度为0.5×10-4T ,方向由南向北;导线垂直于地磁场放置,长度为20m ,载有电流30A ,则其所受安培力
F =BIL =0.5×10-4×30×20N =3.0×10-2N
根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向垂直指向地面.
7.如图所示,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I =1A ,方向垂直纸面向外,
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,B =0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g 取10m/s 2)
答案:5s
解析:斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示.
由平衡条件F T cos37°=F ①
F T sin37°=mg ②
由①②解得:F =mg tan37°
代入数值得:F=0.8N
由F=BIL得:B=F
IL=
0.8
1×0.4
T=2T.
B与t的变化关系为B=0.4t. 所以:t=5s。