2016-2017学年高二物理人教版选修3-1

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绝密★启用前 人教版选修3-1 第三章磁场 ‎4.通电导线在磁场中受到的力 第Ⅰ部分选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线(　　)‎ A．受到竖直向上的安培力　‎ B．受到竖直向下的安培力 C．受到由南向北的安培力 ‎ D．受到由西向东的安培力 ‎2．一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流，方向如图中箭头所示。当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图中正确的是(　　)‎ ‎3．一段通电导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。通电导线abcd所受到的磁场的作用力的合力为(　　)‎ A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB ‎4．实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（）‎ A. 线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行 B. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C. 当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上 D. 当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 ‎5．一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是(　　)‎ A．0.4 N　　　　　　　　B．0.2 N C．0.1 N D．0 N ‎6．如图所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离。其中AB固定，CD能自由活动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看) (　　)‎ A．顺时针方向转动同时靠近导线AB B．逆时针方向转动同时离开导线AB C．顺时针方向转动同时离开导线AB D．逆时针方向转动同时靠近导线AB ‎7．通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是(　　)‎ A．线框有两条边所受的安培力方向相同 B．线框有两条边所受的安培力大小相同 C．线框所受安培力的合力向左 D．线框将绕MN转动 ‎8．如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡。由此可知(　　)‎ A．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 B．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 C．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 D．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 第Ⅱ部分非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．如图所示，长为L、质量为m的导体棒用细线悬挂放入某匀强磁场中，导体棒与磁场方向垂直，当导体棒中通过的电流为I时，细线上的拉力恰好为零，则磁感应强度B大小为。‎ ‎10．如图所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，在图中垂直于纸面向里，线框中通以电流I，方向如图所示，开始时线框处于平衡状态。现令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中线框位移的大小Δx为，方向为。‎ ‎11．如图所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为m=0.3 kg的金属棒ab，通以从b→a、I=3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止。求：‎ ‎(1)匀强磁场磁感应强度的大小；‎ ‎(2)ab棒对导轨的压力。(g＝10 m/s2)‎ ‎12．如图所示，电源电动势E＝2 V，r＝0.5 Ω，竖直导轨宽L＝0.2 m ‎，导轨电阻不计。另有一金属棒ab，质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω，它与轨道间的动摩擦因数μ＝0.4，金属棒靠在导轨的外面。为使金属棒静止不下滑，施加一个与纸面夹角为30°且的匀强磁场，g取10 m/s2。求：‎ ‎(1)磁场的方向；‎ ‎(2)磁感应强度B的取值范围。‎ 人教版选修3-1 第三章磁场 ‎4.通电导线在磁场中受到的力 参考答案与解析 ‎1.【答案】A ‎【解析】赤道上空地磁场方向水平向北，由左手定则可确定该导体受到安培力方向竖直向上，A正确。‎ ‎2.【答案】D ‎【解析】A图中导线不受力，故它不会弯曲，A错误；B图中导线受到垂直纸面向里的安培力，它不会向右弯曲，B错误；C图中导线受到水平向右的安培力，导线不会向左弯曲，C错误；D图中导线受到水平向右的安培力，故它向右弯曲，D正确。‎ ‎3.【答案】A ‎【解析】导线abcd的等效长度为线段ad，由几何知识知Lad＝(＋1)L，故导线abcd所受磁场的作用力的合力大小F＝ILadB＝(＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，根据左手定则可以确定导线所受合力方向沿纸面向上，故A正确。‎ ‎4.【答案】C ‎【解析】磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平面平行，即始终与线圈边垂直，故A正确；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，故B正确；由左手定则可判定：当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，因此安培力使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。本题选错误的，故选C。‎ ‎5.【答案】BCD ‎【解析】据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为Fmax=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N；当两者方向平行时，磁场力有最小值为0；随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0.2N与0之间取值，故BCD正确。‎ ‎6.【答案】D ‎【解析】根据电流元分析法，把电流CD等效成CO、OD两段电流。由安培定则画出CO、OD所在位置由AB电流所产生的磁场，由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示，可见导线CD逆时针转动。‎ 由特殊位置分析法，让CD逆时针转动90°，如图乙，并画出CD此时位置、AB电流的磁感线分布，据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里，可见CD靠近AB，故选项D正确。‎ ‎7.【答案】BC ‎【解析】长直导线右侧磁场垂直纸面向力，离导线越近，磁感应强度越大，对于ad边和bc边所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad边、bc边受安培力大小相同，方向相反，即ad边和bc边受合力为零，B正确；而对于ab和cd两条边，ab边受力向左，cd受力向右，且ab边受力大于cd变受力，合力方向向左，C正确，D错误。‎ ‎8.【答案】B ‎【解析】由题目所给条件，先判断出磁场的方向再根据天平的工作原理列出对应关系式。因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场向里。电流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3为线圈质量；电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL，两式联立可得B＝，故B正确。‎ ‎9.【答案】‎ ‎【解析】由细线拉力恰好为0可知，磁场力为：F＝mg，又因为F＝BIL，解得B＝。‎ ‎10.【答案】　向下 ‎【解析】两种情况下安培力方向相反，大小均为F安＝nBIl，两次根据平衡条件列式，得弹簧弹力的改变量为ΔF＝k·Δx＝2nBIl，所以Δx＝。开始时安培力向上，后来安培力向下，所以线框位移方向向下。‎ ‎11.【答案】(1)1.73 T　(2)6 N ‎【解析】(1)金属棒ab中电流方向由b→a，它所受安培力方向水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，三力合力为零，如图所示。‎ 沿斜面方向有：mgsinθ＝BILcosθ 得B＝T＝1.73 T ‎(2)对导轨的压力为：‎ FN′＝FN＝ N＝6 N ‎12.【答案】(1)斜向下 (2)3.0 T≤B≤16.3 T ‎【解析】(1)通电导线ab的截面受力分析如图所示(从a端看)，由图可知磁场方向斜向下。‎ ‎(2)当ab棒有下滑的趋势时，受向上的静摩擦力为F1，则有Fsin30°＋F1－mg＝0‎ 又F＝B1IL F1＝μFcos30°‎ I＝‎ 由以上四式，解得B1≈3.0 T 当ab棒有上滑的趋势时，受向下的静摩擦力为F2，如图所示，则有 F′sin30°－F2－mg＝0‎ F′＝B2IL F2＝μF′cos30°‎ I＝‎ 由以上各式，解得B2≈16.3 T 所以B的取值范围是3.0 T≤B≤16.3 T