2019高中物理 第五章 磁場與回旋加速器 5.4 探究安培力練習(xí)（含解析）滬科選修3-1.docx

探究安培力 一、選擇題（一） 1.下列說法中正確的是(　　) A.磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測定:把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場力F與該導(dǎo)線的長度L、通過的電流I乘積的比值,即B=FIL B.通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場力的作用,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B=FIL只是定義式,它的大小取決于場源以及磁場中的位置,與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān) D.通電導(dǎo)線所受磁場力的方向就是磁場的方向 答案:C 2.一段通電導(dǎo)線垂直于磁場方向放入勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)線上的電流方向由上而下,如圖所示。在導(dǎo)線以其中心點(diǎn)為軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180的過程中,導(dǎo)線受到的安培力 (　　) A.大小不變,方向不變 B.大小由最大減小到零再增至最大,方向時(shí)刻改變 C.大小由最大減小到零再增至最大,方向不變 D.大小由最大減小到零再增至最大,方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦騼?nèi) 解析:安培力公式F=ILBsinθ,導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)前,電流方向與磁場方向垂直,θ=90;當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度θ后,電流方向與磁場方向不再垂直,安培力變小;當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時(shí),電流方向與磁場方向平行,安培力為零。根據(jù)左手定則判斷知,安培力的方向始終垂直紙面向外;在導(dǎo)體再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90過程中,安培力由零變到最大,安培力的方向始終垂直紙面向內(nèi),選項(xiàng)D正確。 答案:D 3.在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C處,各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中均通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示。過C點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向 (　　) A.與AB邊平行,豎直向上 B.與AB邊平行,豎直向下 C.與AB邊垂直,指向左邊 D.與AB邊垂直,指向右邊 解析:根據(jù)直線電流相互作用的規(guī)律可知A處導(dǎo)線與C處導(dǎo)線相互吸引,B處導(dǎo)線與C處導(dǎo)線也相互吸引,且兩安培力大小相等,所以C處導(dǎo)線所受的合力方向一定指向左邊且與AB邊垂直,選項(xiàng)C正確。 答案:C 4.如圖所示,一條形磁鐵放在水平桌面上,在磁鐵右上方固定一根與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線。當(dāng)導(dǎo)線中通以由外向內(nèi)的電流時(shí)(　　) A.磁鐵受到向左的摩擦力,磁鐵對桌面的壓力減小 B.磁鐵受到向右的摩擦力,且對桌面的壓力減小 C.磁鐵受到向左的摩擦力,且對桌面的壓力增大 D.磁鐵不受摩擦力,對桌面的壓力不變 解析:此題若從電流產(chǎn)生的磁場入手分析,通電直導(dǎo)線的磁場可以用安培定則判斷,但處于磁場中的不是小磁針而是大條形磁鐵,其受力如何很難判定,可能會(huì)誤認(rèn)為選項(xiàng)D正確。 若將思維方式變換一下,先判定條形磁鐵在通電導(dǎo)線處的磁場方向;再用左手定則判斷通電導(dǎo)線在條形磁鐵的磁場中受到的安培力斜向左下方;然后根據(jù)牛頓第三定律,磁鐵受到通電導(dǎo)線的作用力應(yīng)斜向右上方。因磁鐵受力平衡,所以支持力減小,即對桌面的壓力減小,同時(shí)受到向左的摩擦力,選項(xiàng)A正確。 答案:A 5.(多選)已知質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,有電流時(shí),ab恰好在導(dǎo)軌上靜止,如圖甲所示,圖乙是它可能的勻強(qiáng)磁場方向的四個(gè)側(cè)視圖,其中能使桿ab與導(dǎo)軌之間摩擦力為零的是(　　) 甲 乙 解析:由左手定則知A、B、C、D四個(gè)圖中導(dǎo)線所受安培力方向分別為水平向右、豎直向上、豎直向下、水平向左,所以A、B兩圖中摩擦力可能為零。 答案:AB 二、非選擇題（一） 6.如圖所示,在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行,并處在豎直向上的磁場中,一根質(zhì)量為3.6 kg、有效長度為2 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上,當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時(shí),金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng);當(dāng)金屬棒中的電流增大到8 A時(shí),金屬棒能獲得2 m/s2的加速度。則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少? 解析:對金屬棒進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律可得 當(dāng)金屬棒中的電流為5A時(shí) BI1L-F阻=0 ① 當(dāng)金屬棒中的電流為8A時(shí) BI2L-F阻=ma ② 由①②整理方程組可得 B=ma(I2-I1)L=3.62(8-5)2T=1.2T。 答案:1.2 T 7.如圖所示,在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m、質(zhì)量為610-2 kg的通電直導(dǎo)線,電流I=1 A,方向垂直紙面向外,導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng),整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4 T、方向豎直向上的磁場中,設(shè)t=0,B=0,則需要多長時(shí)間斜面對導(dǎo)線的支持力為零?(g取10 m/s2) 解析:支持力為0時(shí)導(dǎo)線的受力如圖所示 由平衡條件得 F安=mgtan37=610-2100.75N= 0.8N 由F安=BIL得 B=F安IL=0.810.4T=2T 由B=0.4t得t=B0.4=20.4s=5s。 答案:5 s 三、選擇題（二） 1.(多選)一根長為0.2 m、通有2 A電流的通電導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場中,則其受到的磁場力的大小可能是(　　) A.0.4 N　　　B.0.2 N　　　C.0.1 N　　　D.0 解析:根據(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),磁場力有最大值為 F=BIL=0.520.2N=0.2N 當(dāng)兩方向平行時(shí),磁場力有最小值為0 隨著二者方向夾角的不同,磁場力大小可能在0與0.2N之間取值。 答案:BCD 2.(2014山東淄博檢測)在如圖所示電路中,電池均相同,當(dāng)開關(guān)S分別置于a、b兩處時(shí),導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小為Fa、Fb,可判斷這兩段導(dǎo)線(　　) A.相互吸引,Fa>Fb B.相互排斥,Fa>Fb C.相互吸引,Fa<Fb D.相互排斥,Fa<Fb 解析:無論開關(guān)置于a還是置于b,兩導(dǎo)線中通過的都是反向電流,相互間作用力為斥力,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。開關(guān)置于位置b時(shí)電路中電流較大,導(dǎo)線間相互作用力也較大,故選項(xiàng)D正確。 答案:D 3. (2014四川綿陽檢測)如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈,寬為L,共N匝,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時(shí),在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼,天平平衡。當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí),右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后,天平重新平衡。由此可知(　　) A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里,大小為(m1-m2)gNIL B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里,大小為mg2NIL C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外,大小為(m1-m2)gNIL D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外,大小為mg2NIL 解析:因?yàn)橛疫呍偌由腺|(zhì)量為m的砝碼后,天平才能重新平衡,由此可知,開始時(shí)天平的右臂下面掛的矩形線圈受到的安培力F方向豎直向下,磁場方向垂直紙面向里。電流反向時(shí)矩形線圈受到的安培力F方向豎直向上,安培力的變化量ΔF=mg,所以有2NILB=mg,得B=mg2NIL。 答案:B 四、非選擇題（二） 4.(2014廣東梅州檢測)如圖所示,天平右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈寬為L,共N匝,線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直紙面向里。利用這架天平如何測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 (1)寫出測量方法。 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式B(用測量的物理量表示)。 解析:(1)在線圈中通入沿順時(shí)針方向流動(dòng)的電流I,在天平左右兩盤各加質(zhì)量分別為m1,m2的砝碼,天平平衡,由此就可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 (2)線圈中通入電流I時(shí),由左手定則,線圈底邊所受安培力方向豎直向下,由天平平衡得m1gL=(m2g+NILB)L,式中L為天平力臂。解得B=(m1-m2)gNIL。 答案:(1)見解析　(2)(m1-m2)gNIL 5. (2014廣東惠陽檢測)質(zhì)量m=0.02 kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ=37的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2 m,桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,為使桿ab靜止不動(dòng),通過ab桿的電流范圍為多少? 解析:當(dāng)摩擦力沿斜面向下時(shí),受力如圖甲所示,則 沿斜面方向F1-mgsinθ-f1=0 垂直斜面方向N-mgcosθ=0,f1=μN(yùn),F1=BImaxd 解得Imax=0.46A 當(dāng)摩擦力沿斜面向上時(shí),受力如圖乙所示,則 沿斜面方向F2+f2-mgsinθ=0 垂直斜面方向N-mgcosθ=0,f2=μN(yùn),F2=BImind 解得Imin=0.14A 故電流范圍是0.14A≤I≤0.46A。 答案:通過ab桿的電流范圍是0.14 A≤Im≤0.46 A