高中物理人教版 (新课标)选修1选修1-1第二章 磁场三、磁场对通电导线的作用同步达标检测题

课时训练9　磁场对通电导线的作用

题组一　磁感应强度的理解

1.关于磁感应强度,下列说法正确的是(　　)

A.磁场中某处的磁感应强度大小,就是长度为L、所通电流为I的一段直导线放在该处时,通电导线所受安培力F与I、L乘积的比值

B.一小段通电直导线在磁场中所受安培力的方向就是该处的磁感应强度方向

C.磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该处的通电短直导线受到的安培力的大小和方向无关

D.一小段通电直导线在某处不受磁场力作用,说明此处磁感应强度为零

解析:利用磁感应强度公式B=的前提是通电导线与磁场垂直,故A项错误;由左手定则可知,一小段通电直导线在磁场中某点所受安培力方向与该处的磁场方向垂直,故B项错误;磁场中某点的磁感应强度的大小和方向是客观存在的,它是由磁场本身决定的,与该处放不放通电导线无关,故C项正确;当一段通电直导线在磁场中某处与磁场方向平行放置时,它就不受安培力的作用,但该处的磁感应强度不为零,故D项也错误.

答案:C

2.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线,导线与磁场方向垂直.如图所示,图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系.下列说法中正确的是(　　)

A.A、B两点磁感应强度相等

B.A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度

C.A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度

D.无法比较磁感应强度的大小

解析:导线受到的磁场力F=BIL=BL·I.对于题图给出的F-I图线,直线的斜率k=BL,由题图可知ka>kb,又因A、B两处导线的长度L相同,故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度,选项B正确.

答案:B

3.某地放置有一根长L=500 m的导线,所通电流为10 A,已知该导线所受地磁场的最大磁场力F=0.2 N,求该处地磁场的磁感应强度为多大.

解析:通电导线处在地磁场中,根据磁感应强度的定义,只有通电导线与磁场垂直时,所受的磁场力最大.由公式F=BIL得B=得B= T=4.0×10-5 T.

答案:4.0×10-5 T

题组二　安培力及其应用

4.一段通电直导线放在同一匀强磁场中的三个不同位置,如图所示.则(　　)

A.b情况下导线不受安培力

B.b、c两种情况下导线都不受安培力

C.c情况下导线受的安培力大于a情况下导线受的安培力

D.a、b情况下,导线所受安培力大小相等

解析:由安培力大小的决定因素可知题图b中电流与磁场方向平行时,电流不受安培力,所以B、D项错,A项正确;a、c两种情况中电流均与磁场方向垂直,所以安培力大小相等,因此C项错误.

答案:A

5.下列说法中错误的是(　　)

A.电荷处在电场强度为零的地方,受到的电场力一定为零

B.一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方,受到的磁场力一定为零

C.一小段通电导体在某处不受磁场力的作用,则该处磁感应强度为零

D.电荷在某处不受到电场力的作用,则该处电场为零

答案:C

6.下列关于通电导体在磁场中所受安培力方向正确的是(　　)

答案:B

7.如图所示磁感应强度B、电流I和安培力F之间的方向关系错误的是(　　)

解析:B、I、F三者方向关系两两垂直,且符合左手定则,所以只有D图不正确.

答案:D

8.倾角为α的导电轨道间接有电源,轨道上静止放有一根金属杆ab.现垂直轨道平面向上加一匀强磁场,如图所示.磁感应强度B逐渐增加的过程中,ab杆始终保持静止,则ab杆受到的摩擦力(　　)

A.逐渐增大 B.逐渐减小

C.先增大后减小 D.先减小后增大

解析:金属杆静止在轨道上,所受合力为零,沿斜面向上的静摩擦力等于重力的下滑分力.当垂直轨道平面向上加一匀强磁场后,由左手定则可知,金属杆将受到沿斜面向上的安培力.在磁感应强度B逐渐增加的过程中,安培力逐渐增大,ab杆受到的静摩擦力先沿斜面向上逐渐减小,当安培力大于重力的下滑分力后,再沿斜面向下逐渐增大.

答案:D

9.如图所示,在水平向右的匀强磁场中放有矩形线框abcd,线框可绕其中心轴线自由转动.若线框中通有图中所示电流,试判断此时线框的转动方向.(从上向下看)

解析:据左手定则,让磁感线垂直穿入手心,四指指电流方向,则大拇指所指的方向即通电导线所受安培力的方向.由此可判断,此时ab边受安培力方向垂直纸面向里,cd边受安培力方向垂直纸面向外,而ad边和cd边平行于磁场方向,所以此时不受安培力作用,因此线框ab边向里转,cd边向外转,即从上向下看线框顺时针转动.

答案:从上向下看顺时针转动

10.如图所示,水平放置的两平行金属导轨ab、cd,间距为0.5 m,其上垂直于导轨放置质量为0.05 kg的直金属棒,整个装置放在方向跟导轨平行的匀强磁场中.当金属棒中的电流为2.0 A时,它对导轨的压力恰好为零,g取10 m/s2.求磁感应强度的大小和方向.

解析:

金属棒受力如图所示,由二力平衡可得F=mg=0.5 N

又因F=BIL,所以B= T=0.5 T

由左手定则可确定匀强磁场方向水平向右.

答案:0.5 T　方向水平向右

(建议用时:30分钟)

1.为了简化安培的实验,我们可以用如图所示的装置探究影响安培力方向的因素.实验中如果发现导体棒被推出磁铁外,则此时磁铁的磁极和电流方向可能是(　　)

A.磁铁N极在上,电流方向A→B

B.磁铁N极在上,电流方向B→A

C.磁铁S极在上,电流方向B→A

D.以上三种情况都有可能

答案:B

2.关于通电导体在磁场里受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系,下列说法中错误的是(　　)

A.电流方向反向时,导体受力方向改变

B.磁场方向反向时,导体受力方向改变

C.电流方向和磁场方向同时反向,导体的受力方向改变

D.电流方向和磁场方向同时反向,导体的受力方向不变

解析:由左手定则可知,只使其中一个反向,则受力方向一定变化,当两个都反向时,则不变化.选C.

答案:C

3.

一根长直导线穿过载有恒定电流的环形导线中心且垂直于环面,导线中的电流方向如图所示.则环的受力方向              (　　)

A.沿环的半径向外 

B.沿环的半径向里

C.水平向左 

D.不受安培力

解析:由安培定则知,通电直导线周围磁场是以导线上各点为圆心的同心圆,所以环形导线与磁感线平行,因此不受安培力.

答案:D

4.号称空中“飞鲨”的歼-15在我国第一艘航母“辽宁舰”起降一次成功,舰机适配性能良好,图为歼-15起飞瞬间,数秒内战斗机速度在零和数百千米每小时间转换,且滑行距离不超过100米.动力和阻力控制是飞机起降的硬指标.为了提高航空母舰上飞机的起飞速度,人们正研制一种电磁弹射装置,它的基本原理是:将待弹射的飞机挂在导体棒上,导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行导轨上,给导轨通以电流,使飞机和导体棒作为一个载流导体在磁场的作用下沿导轨做加速运动,从而将飞机以某一速度弹射出去.关于这种弹射装置,以下说法中不正确的是(　　)

　 　　歼-15起飞瞬间

A.导体棒中的电流方向是N→M

B.导体棒中的电流方向是M→N

C.可以通过改变磁感应强度的大小来改变飞机弹射出时的速度

D.如要提高飞机的弹射速度,可以增大导轨中的电流

解析:载流导体在匀强磁场中所受的安培力水平向右,由左手定则判断导体棒中的电流方向是M→N,B对,不符合题意,A错,符合题意.设导轨的宽度为L,导体棒中通过的电流为I,磁感应强度为B,载流体的质量为m,所受阻力为Ff.载流体受到的安培力F=BIL,运动加速度a=,滑行距离为d时获得的速度v=.因此增大I或B,可以提高飞机的弹射速度,C、D对,不符合题意.

答案:A

5.如图所示的四幅图中,能说明电动机工作原理的是(　　)

解析:电动机是通电导体在磁场中受安培力作用的具体应用,所以只有选项C符合.

答案:C

6.各地地磁场磁感应强度(水平分量)Bx有所不同,可以在相关资料上查到.下表给出我国几个城市的Bx值.

现将同一根通电直导线分别在以上四地竖直放置,使导线受磁场力最大的是(　　)

A.北京 B.广州

C.上海 D.武汉

解析:由通电导线竖直放置知,其所受安培力大小只与水平方向磁感应强度Bx有关,由表中数据看出广州的Bx最大,所以该导线在广州受磁场力最大.

答案:B

7.如图所示,在“研究影响通电导体棒所受磁场力的因素”实验中,要使导体摆动的幅度增大,以下操作中可行的是(　　)

A.减少磁铁的数量

B.增大导体棒中的电流

C.改变导体棒中的电流方向

D.将磁铁更换成磁性较弱的

解析:要使导体摆动的幅度增大,即受安培力增大,由安培力大小F=BIL可知增大电流可以,其余三项均不能,所以只有选项B正确.

答案:B

8.如图所示,两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上,但能自由移动,若两线圈内通以大小不等的同向电流,则它们的运动情况是(　　)

A.都绕圆柱转动

B.以不等的加速度相向运动

C.以相等的加速度相向运动

D.以相等的加速度相背运动

解析:同向环形电流间相互吸引,虽然两电流大小不等,但由牛顿第三定律知,两线圈所受作用力必大小相等,故C正确.

答案:C

9.如图所示,一段长为1 m、质量为2 kg的通电导体棒

悬挂于天花板上.现加一垂直纸面向外的匀强磁场,当通入I=2 A电流时悬线的张力恰好为零.(g取10 N/kg)求:

(1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小;

(2)如果电流方向不变,通入电流大小变为1 A时,磁感应强度的大小为多少?此时悬线总拉力又为多少?

解析:(1)导体棒受力如图.

由平衡条件得

F安=mg

又因F安=BIL

所以B= T=10 T.

(2)因为磁感应强度是由磁场本身的性质决定的,所以电流变为1 A后,磁感应强度仍为10 T.由平衡条件得

F=mg-BIL=2×10 N-10×1×1 N=10 N.

答案:(1)10 T　(2)10 T　10 N

10.一根重10 N的导体棒垂直放置在两根足够长的金属导轨上,导轨相互平行,固定在水平桌面上,相距10 cm.水平匀强磁场与导轨平行,大小B=0.1 T,方向水平向右.

(1)为了使导体棒对导轨的压力为零,导体棒中的电流方向如何?

(2)若导体棒对导轨的压力为零,导体棒中的电流为多大?

解析:(1)根据题意知导体棒所受安培力方向应向上,由左手定则可知,电流方向由b指向a.

(2)mg=BIL,得I=1 000 A.

答案:(1)b→a　(2)1 000 A