高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力教学演示课件ppt

1.1 磁场对通电导线的作用力

一、单选题

1．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度L＝0.2 m，导线中电流I＝1 A．该导线所受安培力F的大小为(  )

A．0.01 N B．0.02 N

C．0.03 N D．0.04 N

2．如图表示一条放在磁场里的通电直导线，导线与磁场方向垂直，图中已经分别标明电流、磁感应强度和安培力三者方向的关系，其中正确的是（　　）

A． B．

C． D．

3．垂直纸面向里的匀强磁场中有一通电直导线，电流I的方向如图所示，则该导线所受安培力的方向

A．向上 B．向下 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外

4．如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则棒MN所受安培力大小(    )

A． B．

C．  D．

5．如图，垂直纸面向里的匀强磁场中放置一长方形导线框abcd，并通过逆时针方向的电流．导线框中所受安培力方向向左的一段导线是       ．

A．ab B．bc C．cd D．da

6．在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，为研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是（ ）

A．只有电流

B．只有磁感应强度

C．只有导线在磁场中的长度

D．磁感应强度和导线在磁场中的长度

7．如图，水平导体棒PQ用一根劲度系数均为k=80 N/m的竖直绝缘轻弹簧悬挂起来，置于水平向里的匀强磁场中，PQ长度为L=0.5 m，质量为m=0.1 kg。当导体棒中通以大小为I=2 A的电流，并处于静止时，弹簧恰好恢复到原长状态。欲使导体棒下移2 cm后能重新处于静止状态，（重力加速度g取10 m/s2）则（   ）

A．通入的电流方向为P→Q，大小为1.2 A

B．通入的电流方向为P→Q，大小为2.4 A

C．通入的电流方向为Q→P，大小为1.2 A

D．通入的电流方向为Q→P，大小为2.4 A

8．如图所示，一定质量的通电导体棒ab置于倾角为θ的粗糙导轨上，在图所加各种大小相同方向不同的匀强磁场中，导体棒ab均静止，则下列判断错误的是

A．四种情况导体受到的安培力大小相等

B．A中导体棒ab与导轨间摩擦力可能为零

C．B中导体棒ab可能是二力平衡

D．C、D中导体棒ab与导轨间摩擦力可能为零

9．如图所示，通电导线在纸面内由I位置绕垂直纸面的固定轴转到II位置，其他条件不变，该导线所受安培力大小

A．变大 B．变小

C．不变 D．不能确定

二、多选题

10．如图所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现在垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(   )

A．感应电流方向是M→N B．感应电流方向是N→M

C．安培力水平向左 D．安培力水平向右

11．一根长为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

12．如图所示，直导线处于足够大的磁场中，与磁感线成θ＝30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是( )

A．增大电流I

B．增加直导线的长度

C．使导线在纸面内顺时针转30°角

D．使导线在纸面内逆时针转60°角

13．关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是（　　）

A．通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用

B．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现

C．这两种力的方向都可以用左手定则来判断

D．安培力不能对通电导体做功，洛伦兹力对电荷也不做功

14．如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一根用绝缘线悬挂的通电金属棒MN，电流由M流向N．欲使线的张力变小，下列措施有效的有 (     )

A．只改变磁场方向

B．只改变电流方向

C．只增大电流

D．只增大磁感应强度

三、填空题

15．一根1m的直导线，通有1A的电流，沿东西方向放置在地球赤道上。若该处地磁场磁感应强度大小为3×10-5T，试估算该导线所受地磁场的安培力大小为_______N

16．匀强磁场的磁感强度为，一通电直导线长为，电流强度是，求下列情况中通电导体在磁场中受的力。

（1）电流方向与磁场方向相同时，安培力为_________N；

（2）电流方向与磁场方向为45°时，安培力为_______N；

（3）电流方向与磁场方向垂直时，安培力为________。

17．如图所示，相距为d、倾角为α的光滑平行导轨（电源E、内阻r和电阻R已知），处于竖直向上的匀强磁场B中，一质量为m的导体杆恰处于水平平衡状态，则该磁场的B大小为________；当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，则B的大小应____________（填如何变化）

18．如图所示，蹄形磁铁水平放置，在磁场中有一水平光滑导轨通过接线柱P、Q与导线相连，导轨上面搁有一导体细棒．导线将棒、电源、变阻器、开关等构成电路．闭合开关，可观察到导体棒向________（选填“左”或“右”）运动，此现象表明通电导线在磁场中___________________________．

19．在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,一匀强磁场垂直于斜面向上,如图所示,当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时,导体棒恰好静止于斜面上,则磁感应强度B=_______.

四、解答题

20．质量为m=0.02kg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，调节滑动变阻器的滑片，让杆ab沿导轨匀速下滑。试求出通过杆ab的电流为多大。（g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）

参考答案

1．D

【详解】

根据F=BIL可知导线所受安培力F的大小为F=0.2×1×0.2N=0.04N，故选D.

2．C

【详解】

A．磁场方向向上，电流方向向里，根据左手定则，安培力的方向向右，故A错误；

B．磁场方向向右，电流方向向外，根据左手定则，安培力的方向向上，故B错误；

C．磁场方向向里，电流方向向右，根据左手定则，安培力的方向向上，故C正确；

D．磁场方向向外，电流方向向左，根据左手定则，安培力的方向向上，故D错误；

故选C。

3．A

【详解】

由左手定则可知，电流水平向右，而磁场向外，则安培力一定竖直向上。故A正确；BCD错误。

故选A．

4．D

【详解】

导体棒都在磁场中，故安培力为

故D正确；

故选D。

5．C

【详解】

根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，则手心朝外，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向向左，故C正确，ABD错误。

6．D

【解析】

试题分析：安培力F=BIL，根据控制变量法探究实验．

解：根据安培力公式F=BIL，根据控制变量法研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是B和L，即磁感应强度和导线在磁场中的长度．

故选D．

【点评】明确控制变量法的实验方法即可正确选择，基础题．

7．C

【解析】

【详解】

由题意知通电后弹簧恢复到原长，说明安培力方向向上，由平衡条件可得ILB=mg，代入数据解得磁感应强度大小B==1 T。欲使导体棒下移2 cm后能重新处于静止状态，假设安培力方向向下，由平衡条件可得mg+I′LB=kx，解得：I′=1.2 A，假设成立，此时通入的电流方向为Q→P，故C正确，ABD错误。

8．D

【详解】

A．导体棒受到的安培力F=BIL，因B大小相同，电流相同，故受到的安培力大小相等，故A正确，不符合题意；

B．杆子受竖直向下的重力、水平向右的安培力和垂直于斜面向上的斜面的支持力，若三个力平衡，则不受摩擦力，故B正确，不符合题意；

C．杆子受竖直向下的重力、竖直向上的安培力，若重力与安培力相等，则二力平衡，故C正确，不符合题意；

D．杆子受重力、竖直向下的安培力、支持力，要想处于平衡，一定受摩擦力，D杆子受重力、水平向左的安培力，支持力，要想处于平衡，一定受摩擦力，故D错误，符合题意；

故选D.

【名师点睛】

此题是物体的平衡及安培力的问题；解决本题的关键掌握安培力的方向判定，以及能正确地进行受力分析，根据受力平衡判断杆子受力；此题难度不大，考查基本知识的运用能力.

9．C

【详解】

通电导体由I位置绕固定轴转到II位置，导线仍然与磁场垂直，故

大小不变，故C正确，ABD错误；

故选C。

10．BC

【解析】

根据右手定则判断可知：导体棒MN中感应电流方向N→M，根据左手定则判断可知MN所受的安培力方向水平向左，故BC正确，AD错误．故选BC.

11．BCD

【详解】

当通电导线与磁场垂直时，导线所受的磁场力最大，为

Fmax=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N

当导线与磁场平行时，导线所受磁场力最小为零。则导线所受磁场力的范围为0-0.2N．

A. 0.4 N与分析不符，故A错误。

B. 0.2 N与分析相符，故B正确。

C. 0.1 N与分析相符，故C正确。

D. 0 N与分析相符，故D正确。

12．ABD

【详解】

由公式F=BIL，当增大电流时，可增大通电导线所受的磁场力．故A正确；由公式F=BIL，当增加直导线的长度时，可增大通电导线所受的磁场力．故B正确；
当使导线在纸面内顺时针转30°时，导线与磁感线平行，则所受磁场力变为零，故C错误；当使导线在纸面内逆时针转60°时，导线有效长度伸长，则所受磁场力变大，故D正确；故选ABD.

13．BC

【解析】

【详解】

当电流的方向与磁场方向平行，则不受安培力作用，故A错误；磁场对电流的作用力通常称为安培力，安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力，故B正确；这两种力的方向都可以用左手定则来判断，故C正确；安培力垂直通电导线，导线的运动方向可以与速度平行，故安培力可以做正功，因洛伦兹力总垂直于电荷运动方向，故洛伦兹力的瞬时功率为零，故洛伦兹力对运动电荷一定不做功，故D错误。所以BC正确，AD错误。

14．AB

【解析】

如图所示，导体棒受安培力竖直向下，由平衡知FT=mg+BIL，使线的张力变小，可以减小电流I，或者减小磁感应强度B，只改变电流或磁场方向，安培力方向变为竖直向上，也可以使拉力减小，故AB正确；CD错误．

15．3×10-5

【详解】

由题意可知导线东西放置和地磁场垂直，根据安培力的公式可得：

16．0        7   

【详解】

磁场方向与导线方向平行时，导线不受安培力，故安培力为0；

电流方向与磁场方向为45°时；

电流方向与磁场方向垂直时。

17．mg（R+r）tan α/Ed；    先变小再变大   

【详解】

由平衡条件可知，对ab棒：Fcosα=mgsinα；

F=BId；

联立解得B=mg（R+r）tan α/Ed

当B由竖直向上逐渐变成水平向左时，安培力的方向开始时竖直向上，安培力与斜面的支持力的合力与重力等大反向，则根据平行四边形法则可判断，当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，安培力先减小后增加，则B先减小后增加.

18．左    会受到力的作用   

【详解】

磁场方向竖直向下，电流方向由A到B，根据左手定则可知，导体棒受安培力向左，此现象表明通电导线在磁场中会受到力的作用。

19．

【详解】

导体棒静止于斜面上,所以棒受到的沿斜面向上的安培力与棒的重力沿斜面向下的分力相等,即BIL=mgsin30°，解得：

20．0.14A

【详解】

对杆受力分析，如图，

根据平衡条件，沿斜面方向

mgsinθ=f+F

F=BId

f=μmgcosθ

联立三个式子得

I=0.14A

即通过杆ab的电流为0.14A。