2011高中物理 第三章第4节 磁场对通电导线的作用力教案 新人教版选修3-1

第三章第四节
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．(2009·某某模拟)如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是( )
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
答案：C
解析：为使F＝0，则F安必竖直向上且F安＝mg，由左手定则可判定磁场一定是垂直纸面向里，故选项C正确．
3．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力
( ) A．大小不变，方向不变
B．由零增大到最大，方向时刻变
C．由最大减小到零，方向不变
D．由零增大到最大，方向不变
答案：D
解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变．选项D正确．4．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
( )
答案：AB
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．
5．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
6．如图所示，两平行光滑导轨相距为20cm，金属棒MN的质量为10g，电阻R＝8Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8T，方向竖直向下，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，当电键K闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？设θ＝45°.
答案：7Ω
解析：先根据左手定则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解．
金属棒平衡时的平面受力图，如图2所示．
当MN平衡时，有mg sinθ－BIL cosθ＝0①
由全电路欧姆定律，得I＝
E
R＋R1＋r
②
由①、②式联立并代入数据，得R1＝7Ω.
7．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0.5×10－4T，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为20m，载有从东往西的电流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.
1.如图所示，在蹄形磁铁的上方，放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内．则通电线圈的运动情况是( )
A．ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向下运动
B．ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动
C．ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向下运动
D．ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动
答案：C
解析：先画出蹄形磁铁磁极附近的磁感线，如图所示(这是先决条件)
ab边处在水平方向的磁场分量，根据左手定则，ab边受的安培力指向纸里；cd边处也有水平方向的磁场分量，cd边受的安培力指向纸外．bc边和da边的合力为零．整个线圈发生ab向里、cd向外的转动．
当线圈由图示位置到转过90°的过程中，根据左手定则，da边受到的安培力向下，bc 边受到的安培力向上，由于da处磁场较强，所以da边受到向下的安培力大于bc边受到向上的安培力，合力向下．
综合以上分析，选项C正确．
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．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，其N极指向与地磁场此处磁感线方向相同，电流环不会转动．在此位置处金属环属于稳定平衡态．
3．(2009·某某高二检测)一条形磁铁放在水平桌面上，在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图中只画出此棒的横截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是
( )
A．磁铁对桌面的压力减小
B．磁铁对桌面的压力增大
C．磁铁受到向右的摩擦力
D．磁铁受到向左的摩擦力
答案：AD
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、D选项正确．
4．(2009·黄冈模拟)如图所示，两根无限长的平行导线a和b水平放置，两导线中通以方向相反、大小不等的恒定电流，且I a>I b.当加一个垂直于a、b所在平面的匀强磁场B 时；导线a恰好不再受安培力的作用．则与加磁场B以前相比较
( )#
A．b也恰好不再受安培力的作用
B．b受的安培力小于原来安培力的2倍，方向竖直向上
C．b受的安培力等于原来安培力的2倍，方向竖直向下
D．b受的安培力小于原来安培力的大小，方向竖直向下
答案：D
解析：当a不受安培力时，I b产生的磁场与所加磁场在a处叠加后的磁感应强度为零，此时判断所加磁场垂直纸面向外，因I a>I b，所以在b处叠加后的磁场垂直纸面向里，b受安培力向下，且比原来小．故选项D正确．
5．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下，如图所示，当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感应强度的大小为B＝________.
答案：mg
2IL
解析：通电导体棒受三个力：重力、弹力和安培力．其中安培力沿斜面向上，与导体棒
重力沿斜面向下的分力平衡，故有：BIL＝mg sin30°，所以B＝mg
2IL
6．如图所示，一根长为L的细铝棒用两个劲度系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为________．
答案：2kΔy/IL
解析：通以向右的电流时，铝棒受安培力向上；弹簧原拉伸形变的大小发生改变，变化量为Δy，由铝棒平衡可知：弹簧弹力大小的变化量等于安培力，即2·kΔy＝BIL.同理，在通以向左的电流时，铝棒在原来没通电时受力平衡的基础上，弹力的改变量等于安培力，即2kΔy＝BIL.所以B＝2kΔy/IL.
7．(思维拓展题)在生物学中，我们已经知道有生物电流存在，由于电和磁是紧密联系的，因此生物也应有磁性和磁场.1963年美国两位科学家第一次测出心脏有规律的磁场变化.1970年一位教授用超导量子干涉式磁强计描出了清晰的心磁图，它与心电图十分相似．大家知道电流有磁效应，当生命物质发生离子的迁移或电荷的转移时，形成生物电流的同时，相伴产生了生物磁场．假如肌体有如图所示的生物电流在流动，当外界磁体靠近这部分肌体时，此电流的流动X围将如何变化？
答案：扩大
解析：根据左手定则可确定，生物电流受到由中心指向外的作用力，因此电流流动的X 围将扩大．
8．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6×10－2
kg 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/s 2)
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
F T cos37°＝F ①
F T sin37°＝mg ②
由①②解得：F ＝mg
tan37°
代入数值得：F ＝0.8N
由F ＝BIL 得： B ＝F IL ＝0.81×0.4
T ＝2T. B 与t 的变化关系为B ＝0.4t .
所以：t ＝5s。