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1、第4节通电导线在磁场中受到的力根底训练安培力的方向1.2017年1月25日,在中央电视台CCTV10频道播出节目中,海军电力工程专家马伟明院士表示,正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局!电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,电磁炮就是利用电磁弹射工作的。电磁炮的原理如下图,那么炮弹导体滑块受到的安培力的方向是(C)A.竖直向上B.竖直向下C.水平向左D.水平向右解析:根据左手定那么可知,张开左手,使四指与大拇指在同一平面内,大拇指与四指垂直,把左手放入磁场中,让磁感线穿过手心,四指与电流方向相同,大拇指所指的方向是安培力的方向,故受到的安培力水平向左,故C正确。
2、2.如下图,把一根通电的硬直导线ab,用轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间,导线a端所受安培力的方向是(D)A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里解析:开关闭合时,螺线管右端为N极,由左手定那么判断导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里,选项D正确。3.如下图,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于同一竖直平面内,为使MN垂直纸面向里运动,可以(C)A.将a,c端接在电源正极,b,d端接在电源负极B.将b,d端接在电源正极,a,c端接在电源负极C.将a,d端接在电源正极,b,c端接在电源负极D.无论怎么连接,直杆MN都不可能
3、向里运动解析:将a,c端接在电源正极,b,d端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向上,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向外,那么MN垂直纸面向外运动,不符合题意,应选项A错误;将b,d端接在电源正极,a,c端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向下,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向外,那么MN垂直纸面向外运动,不符合题意,应选项B错误;将a,d端接在电源正极,b,c端接在电源负极,根据安培定那么可知,线圈产生的磁场方向向下,再根据左手定那么可知MN受到的安培力向里,那么MN垂直纸面向里运动,符合题意,应选项C正确,D错误。安培力的大小4.关于磁场对通
4、电直导线作用力的大小,以下说法中正确的选项是(B)A.通电直导线跟磁场方向平行时作用力最小,但不为零B.通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大C.作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角大小无关D.通电直导线跟磁场方向不垂直时肯定无作用力解析:通电导线受安培力的条件为导线与磁场有一定夹角,当通电直导线与磁场方向平行时,导线不受安培力作用,当导线与磁场方向垂直时,安培力最大,最大值为F=ILB,根据左手定那么可知安培力的方向与磁场垂直,应选项A,C,D错误,B正确。5.将通电直导线置于匀强磁场中,导线与磁场方向垂直。假设仅将导线中的电流增大为原来的3倍,那么该匀强磁场的磁感应强度(B)A.减小为原来的B
5、.保持不变C.增大为原来的3倍D.增大为原来的9倍解析:导线与磁场方向垂直,那么导线受到的安培力为F=ILB。假设仅将导线中的电流增大为原来的3倍,那么安培力将增大为原来3倍,而磁场的磁感应强度只与磁场本身有关,与电流大小无关,那么该磁场的磁感应强度仍不变,应选项B正确,A,C,D错误。6.(2022浙江名校新高考研究联盟第一次联考)如下图为某一通电螺线管俯视截面图,一枚可自由转动的小磁针放置在它的左端。矩形线圈abcd放置在螺线管内,ab=l1,bc=l2,在螺线管内通入如下图的电流,螺线管内产生磁感应强度为B的匀强磁场,以下说法正确的选项是(C)A.螺线管内磁场方向水平向右B.小磁针右端为
6、N极C.假设线圈abcd通入顺时针方向的电流,那么bc边所受安培力垂直纸面向里D.假设线圈abcd中通入大小为I的电流,那么ab边受到的安培力大小为BIl1解析:根据右手定那么可知,螺线管的磁场N极在左端,所以小磁针的N极应该在左侧,选项B错误,螺线管内部的磁场方向向左,所以选项A错误。假设线圈abcd通入顺时针方向的电流,根据左手定那么,bc段所受安培力应该垂直纸面向里,选项C正确。ab边与磁场方向平行,所受安培力为零,选项D错误。7.(2022浙江“七彩阳光联盟联考)如下图,水平放置的两条金属导轨与电阻、电源及开关相连,导轨的电阻不计。两根粗细均匀的导体棒a,b放在导轨上,两棒的材料、横截
7、面积均相同,电阻不能忽略,它们与导轨夹角分别为90,60。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。导轨间距为L,a,b棒与导轨接触良好,合上开关后导体棒a中的电流为I。关于a,b两棒所受安培力Fa,Fb,以下说法正确的选项是(D)A.Fa=BIL,Fb=BILB.Fa=0,Fb=BILC.Fa=BIL,Fb=BILD.Fa=BIL,Fb=BIL解析:根据题意,a,b两金属棒并联,那么Ua=Ub,I=,安培力F=BIL,联立起来可知F=BIL=BS,说明两根金属棒所受安培力相等,所以选项D正确。安培力作用下导体的平衡8.(2022浙江省名校协作体联考)小明有一个磁浮玩具,其原理是利
8、用电磁铁产生磁性,让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来,其构造如下图。假设图中电源的电压固定,那么以下表达正确的选项是(D)A.电路中的a端点须连接直流电源的负极B.电路中的a端点连接直流电源的正极或负极C.假设将可变电阻的电阻值调大,那么玩偶在该位置具有向上的加速度D.假设将可变电阻的电阻值调大,可减小玩偶飘浮的最大高度解析:由题意可知,螺线管上方应该为N极,即电流应该从下方流向上方,所以a为电源正极,选项A,B均错;增大滑动变阻器电阻,那么电流减小,磁感应强度变小,所以玩偶飘浮的最大高度减小,选项C错,D正确。9.(2022浙江绍兴一中月考)如下图,在倾角为=30的斜面上,固定一宽L=0.25
9、m的平行金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E=12 V,内阻r=1 ,一质量m=20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B=0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)。金属导轨是光滑的,取g=10 m/s2,要保持金属棒在导轨上静止,求:(1)金属棒所受到的安培力的大小;(2)通过金属棒的电流的大小;(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值。解析:(1)金属棒静止在导轨上受力平衡,如下图F安=mgsin 30,代入数据得F安=0.1 N。(2)由F安=BIL,得I=0.5 A。(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R0,根据闭合电路欧
10、姆定律得E=I(R0+r),解得R0=-r=23 。答案:(1)0.1 N(2)0.5 A(3)23 能力提升10.(2022浙江名校协作体高三开学考试)如下图,质量为m,长为l的铜棒ab,用长度也为l的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中,未通电时,轻导线静止在竖直方向,通入大小为I的恒定电流后,棒向外偏转的最大角度为,那么(C)A.棒中电流的方向为baB.磁场的大小为C.磁场的大小为D.假设只增大轻导线的长度,那么角度增大解析:根据ab的摆动情况来看,利用左手定那么,电流方向应该为从a到b,所以选项A错误;安培力的大小、方向保持不变,根据动能定理BIllsin -mgl(1-cos )
11、=0,化简之后B=,选项C正确,B错误;假设D说法正确,意思就是说只要增加导线长度,角度可以不断变大,例如角度可增加到180,但是在这个过程中安培力不做功,重力做负功,明显违反了动能定理,选项D错误。11.(多项选择)如下图为实验室电磁炮的模型图,在倾角=37的绝缘斜面上固定两条不计电阻、宽d=1 m的平行金属导轨。导轨处在垂直斜面向下B=2 T的匀强磁场中。导轨下端接有电动势E=24 V、内阻r=1 的电源,滑动变阻器的阻值变化范围为010 ,允许通过的最大电流为5 A。导轨上放置一(连同金属杆PQ)质量m=1 kg的电磁炮,金属杆PQ垂直两金属导轨放置,金属杆电阻R0=2 ,与导轨间动摩擦
12、因数为0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。闭合开关S使电磁炮在斜面上静止,那么变阻器连入电路的阻值可能是(取g=10 m/s2, sin 37=0.6)(BC)A.2 B.4 C.6 D.8 解析:电磁炮静止在导轨上时受重力、支持力、安培力和摩擦力,其中摩擦力可能沿导轨向上,也可能沿导轨向下,由平衡条件可知 mgsin Ff=IdB,又Ff=mgcos ,代入数据并依据题意可得2.2 AI3.8 A,由闭合电路欧姆定律可知I=,解得 R ,应选项B,C正确。12.如下图,水平放置的两导轨P,Q间的距离L=0.5 m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2 T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1 kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G=3 N的物块相连。ab棒与导轨间的动摩擦因数=0.2,电源的电动势E=10 V、内阻r=0.1 ,导轨的电阻及ab棒的电阻均不计。要想ab棒处于静止状态,电阻R应在哪个范围内取值?(g取10 m/s2)解析:依据物体的平衡条件可得,ab棒恰不右滑时:G-mg-BI1L=0ab棒恰不左滑时:BI2L-G-mg=0依据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)由以上各式代入数据可解得R1=9.9 ,R2=1.9 所以R的取值范围为1.9 R9.9 。答案:1.9 R9.9