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江苏省泰州中学高二物理选修3-1同步检测3-4通电导线在磁场中受到的力.


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 C.向南 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. D.向北 ) B.竖直向下

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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,Ba>Bb B.a、b 两处的磁感应强度的 大小不等,Ba<Bb 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
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)

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 NSB =kθ, M1=M2 时, 当 线圈停于某一位置, 此时线圈偏转角度 θ= 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, 恰好在导轨上静止, ab 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
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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
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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 fa、fb,可判断 这两段导线( )

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A.相互吸引,fa>fb C.相互吸引,fa<fb 答案:D

B.相互排斥,fa>fb D.相互排斥,fa<fb

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, N 极指向与地磁场此处磁感线方向相同, 其 电流环不会转动. 在 此位置处金属环属于稳定平衡态.
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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 mg 解析: 导线所受安培力竖直向上, 且有 mg=BIL, BL=2.5A, I= 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-
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T,在赤道上有一根东西方向的直导线,长为 20m,载有从东往西
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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/s2) 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 FTcos37° =F FTsin37° =mg 由①②解得:F= mg tan37°
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① ②

代入数值得:F=0.8N 0.8 F 由 F=BIL 得:B=IL= T=2T. 1×0.4 B 与 t 的变化关系为 B=0.4t. 所以:t=5s

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