高中物理模块九磁场考点2通电导线在磁场中受到的力安培力试题.docx
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高中物理模块九磁场考点2通电导线在磁场中受到的力安培力试题
考点2通电导线在磁场中受到的力—安培力
考点2.1安培力的方向
(1)左手定则:
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.
(2)两平行的通电直导线间的安培力:
同向电流互相吸引,异向电流互相排斥.
(3)注意问题:
磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.
1.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( C )
2.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向.
3.画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向.
4.一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示中正确的是( D )
5.(多选)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( AB )
6.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 )
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
7.在等边三角形的三个顶点a、b、c处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示.过c点的导线所受安培力的方向( C )
A.与ab边平行,竖直向上B.与ab边平行,竖直向下
C.与ab边垂直,指向左边D.与ab边垂直,指向右边
考点2.2安培力的大小计算
当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,F=ILBsinθ,这是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特殊情况:
(1)当磁场与电流垂直时,安培力最大,Fmax=ILB.
(2)当磁场与电流平行时,安培力等于零.
1.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( B )
A.安培力的方向可以不垂直于直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
2.磁场中某区域的磁感线如图所示,则( B )
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba 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 3.如图所示是“探究影响通电导线受力的因素”的装置图.实验时,先保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小;然后保持电流不变,改变导线通电部分的长度.对该实验,下列说法正确的是( B ) A.当导线中的电流反向时,导线受到的安培力方向不变 B.保持电流不变,接通“1、4”时导线受到的安培力是接通“2、3”时的3倍 C.保持电流不变,接通“1、4”时导线受到的安培力是接通“2、3”时的2倍 D.接通“1、4”,当电流增加为原来的2倍时,通电导线受到的安培力减半 4.通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,ab边与MN平行.关于MN的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是( BD ) 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等 C.线框所受的安培力的合力方向向左 D.线框所受的安培力的合力方向向右 5.如图所示为一种自动跳闸的闸刀天关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、B=1T的匀强磁场中,CO间距离为10cm,当磁场力为0.2N时,闸刀开关会自动跳开.则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为( B ) A.电流方向C→OB.电流方向O→C C.电流大小为1AD.电流大小为0.5A 6.如图所示,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流强度为I,磁感应强度为B,求各导线所受到的安培力. FA=________ FB=________ FC=________ FD=________ FE=________ 【答案】 BILcosα BIL BIL 2BIR 0 7.如图所示,长为2l的直导线拆成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,当在该导线中通以电流为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( C ) 8. A.0 B.0.5BIlC.BIlD.2BIl 9.如图,一段导线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.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( A ) A.方向沿纸面向上,大LB B.方向沿纸面向上,大小为( 10.如图所示,一边长为L、底边BC的电阻RBC是两腰AB、AC的电阻RAB、RAC的两倍(RBC=2RAB=2RAC)的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,若通以图示方向的电流,且已知从B端流入的总电流为I,则金属框受到的总安培力大小为( B ) a) A.0B.BILC. BILD.2BIL 考点2.3通电导线在受到安培力作用下的运动判断 电流元法 把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动方向 特殊位 置法 通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立.等效后再确定相互作用情况 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究 对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向. 1.如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的运动情况是( A ) A.线圈向左运动 B.线圈向右运动 C.从上往下看顺时针转动 D.从上往下看逆时针转动 2.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 ) 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 3.法拉第电动机原理如图所示。 条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心,N极向上。 一根金属杆斜插在水银中,杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连。 电源负极与金属杆上端相连,与电源正极连接的导线插入水银中。 从上往下看,金属杆(D) A.向左摆动B.向右摆动 C.顺时针转动D.逆时针转动 4.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( C ) 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 5.如图所示,把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以在空间自由运动,当导线通以图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)( C ) A.顺时针方向转动,同时下降 B.顺时针方向转动,同时上升 C.逆时针方向转动,同时下降 D.逆时针方向转动,同时上升 6.如图所示,直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如果直导线可以自由地运动,且通以从a到b的电流,则导线ab受磁场力后的运动情况( D ) A.从上向下看,顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看,顺时针转动并远离螺线管 C.从上向下看,逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看,逆时针转动并靠近螺线管 7.如图所示,O为圆心,KN和LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧,在O处垂直纸面有一载流直导线,电流方向垂直纸面向外,用一根导线围成如图KLMN所示的回路,当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出),此时回路( D ) A.将向左平动 B.将向右平动 C.将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动 D.KL边将垂直纸面向外运动,MN边垂直纸面向里运动 8.如图所示,水平桌面上放置一根条形磁铁,磁铁中央正方向上用绝缘弹簧悬挂一水平直导线,并与磁铁垂直.当直导线中通入图中所示方向的电流时,可以判断出( A ) A.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力减小 B.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力减小 C.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力增大 D.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力增大 9.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 ) 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 考点2.4通电导线在受到安培力作用下的动力学问题 1.如图所示,两根光滑金属导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中,金属杆ab垂直导轨放置,当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时,金属杆ab刚好静止.则( A ) A.磁场方向竖直向上 B.磁场方向竖直向下 C.金属杆ab受平行导轨向上的安培力 D.金属杆ab受水平向左的安培力 2.(多选)电磁轨道炮工作原理如图所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是( BD ) 3. A.只将轨道长度L变为原来的2倍 B.只将电流I增加至原来的2倍 C.只将弹体质量减至原来的一半 D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变 4.(多选)如图所示,质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′,并处于匀强磁场中,当导线中通以沿x正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为( BC ) a) A.z正向, tanθB.y正向, C.z负向, tanθD.沿悬线向上, sinθ 5.质量为m、长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上,整个装置处于竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中,直导体棒中通有恒定电流,平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60°角,其截面图如图所示.则下列关于导体棒中的电流分析正确的是( C ) A.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为 B.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为 C.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为 D.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为 6.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/s2) 【答案】5s 7.如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离L=0.5m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G=3N的物块相连.已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,电源的电动势E=10V、内阻r=0.1Ω,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计.要想ab棒处于静止状态,R应在哪个范围内取值? (g取10m/s2) 【答案】 1.9Ω≤R≤9.9Ω 8.质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示.现调节滑动变阻器的触头,试求出为使杆ab静止不动,通过ab杆的电流范围为多少? 【答案】0.14A≤I≤0.46A
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