2019-2020学年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 4 探究电流周围的磁场随堂演练课件 沪科版

[随堂检测]1.(多选)关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是()A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面解析：选BCD．由F＝IlBsinθ可知，当θ＝0°时，F＝0，故A错误，由左手定则可知，安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面，所以B、C、D正确.2.如图，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为F2，且F2F1，则铜棒所受磁场力大小为()A．F1＋F2B．F2－F1C．2F1＋2F2D．2F1－F2解析：选B．令铜棒的重力为G，安培力的大小为F，则由平衡条件得：2F1＝G－F①当电流反向时，磁场力变为竖直向下，此时同样根据导体棒平衡有：2F2＝G＋F②由①和②可得：G＝F1＋F2，F＝F2－F1，则B正确.3.如图所示，把轻质导电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，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈()A．向左运动B．向右运动C．静止不动D．无法确定解析：选A．法一：等效法.把通电线圈等效成小磁针.由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动.法二：电流元法.如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动.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()A．z方向，mgILtanθB．y正向，mgILC．z负向，mgILtanθD．沿悬线向上，mgILsinθ解析：选BC．若B沿z轴正方向，导线无法平衡，A错误；若B沿y轴正方向，由左手定则，受力如图①：mg＝BIL，所以B正确；若B沿z轴负方向，受力如图②，Tsinθ＝BIL；Tcosθ＝mg，所以B＝mgILtanθ，C正确；若B沿悬线向上，受力如图③，导线无法平衡，D错误.5.如图所示，长度为10cm的一段直导线AB，与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B＝3×10－2T的匀强磁场中，今在导线中通以10A的电流，方向自B向A，导线以固定点O为转动轴，由图中位置按顺时针方向转过60°角时，求：(1)导线受到的磁场力的大小和方向.(2)如果在AB的竖直面上，OA从图中位置以O点为转动轴，由纸面向外转30°角时，情况又如何？解析：(1)F＝ILBcosθ＝10×0.1×3×10－2×cos60°N＝1.5×10－2N，它作用在导线上，方向垂直于纸面向外.(2)导线以O为轴，A端向外转动之后导线与磁场方向仍然垂直，则F＝BIL＝3×10－2×10×0.1N＝3×10－2N.答案：见解析[课时作业]一、单项选择题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，又与电流方向垂直解析：选D．由左手定则可知，安培力方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，但电流方向与磁场方向不一定垂直.2.如图所示，一根质量为m的金属棒AC，用软线悬挂在磁感强度为B的匀强磁场中，通入A→C方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是()A．不改变电流和磁场方向，适当减小电流B．不改变磁场和电流方向，适当增大磁感强度C．只改变电流方向，并适当增加电流D．只改变电流方向，并适当减小电流解析：选B．不改变电流和磁场方向，适当减小电流，可减小安培力，不能使悬线张力为零，故A错误；不改变磁场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感应强度，安培力增大，悬线张力可减小到零，所以B正确.只改变电流方向，金属棒所受安培力方向向下，悬线张力一定不为零，故C、D错误.3.在如图所示磁场中，ab是闭合电路的一段导体，ab中的电流方向为a→b，则ab受到的安培力的方向为()A．向上B．向下C．向里D．向外解析：选C．根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向下穿过手心，则手心朝上.四指指向电流方向，则指向右，拇指指向纸内，故导线受到的安培力向里，故A、B、D错误，C正确.4.如图所示，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，方向垂直纸面向里.过c点的导线所受安培力的方向()A．与ab边垂直，指向左边B．与ab边垂直，指向右边C．与ab边平行，竖直向上D．与ab边平行，竖直向下解析：选A．等边三角形的三个顶点a、b、c处均有一通电导线，且导线中通有大小相等的恒定电流.由安培定则可得：导线a、b的电流在c处的合磁场方向竖直向下.再由左手定则可得：安培力的方向是与ab边垂直，指向左边.5.如图所示，长为2l的直导线折成边长相等，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强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl解析：选C．V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力F＝BIl，答案为C．6.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()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边垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动解析：选D．因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与电流一直平衡，所以KN边、LM边均不受力.根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D正确.7.如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流，线圈将会()A．纵向收缩，径向膨胀B．纵向伸长，径向膨胀C．纵向伸长，径向收缩D．纵向收缩，径向收缩解析：选A．相邻线圈的电流方向相同，故应该相互吸引，线圈纵向将会收缩.同一匝通电线圈上的对称点电流方向相反，相互排斥，所以线圈将径向膨胀，故选A．二、多项选择题8.下列图示为通电直导线置于匀强磁场中的不同方式，其中导线能受到安培力作用的是()解析：选AC．图A中电流方向与磁场垂直，因此受安培力作用，故A正确；图B中电流方向与磁场方向相反，不受安培力作用，故B错误；图C中电流方向与磁场方向垂直，受到安培力作用，故C正确；图D中电流方向与磁场方向相同，故不受安培力作用，故D错误.9.如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两盘各加质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡.当电流反向(大小不变)时，右盘再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡.由此可知()A．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为（m1－m2）gNILB．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg2NILC．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为（m1－m2）gNILD．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg2NIL解析：选AB．由题意知，电流反向前受安培力向下，反向后受安培力向上，根据左手定则可知磁场方向垂直纸面向里；由平衡条件知，电流反向前m1g＝m2g＋F安，电流反向后m1g＝m2g－F安＋mg，解得2F安＝mg，又F安＝NILB，所以B＝mg2NIL或B＝（m1－m2）gNIL，故A、B对，C、D错.10.质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上，如图所示.已知导体与导轨间的动摩擦因数为μ，在图所加各种磁场中，导体均静止，则导体与导轨间摩擦力为零的情况可能是()解析：选AB．要使静摩擦力为零，如果N＝0，必有f＝0.B选项中安培力的方向竖直向上，与重力的方向相反，可能使N＝0，B是正确的；如果N≠0，则导体除受静摩擦力f以外的其他力的合力只要为零，那么f＝0.A选项中，导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力合力可能为零，则导体所受静摩擦力可能为零.C、D选项中，从导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以导体所受静摩擦力不可能为零.故正确的选项应为A、B．三、非选择题11.如图所示，在倾角为30°的斜面上，固定一宽L＝0.5m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＝10V，内阻r＝2Ω，一质量m＝100g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＝1T、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＝10m/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大小；(2)滑动变阻器R接入电路中的阻值.解析：(1)作出金属棒的受力图，如图则有F＝mgsin30°F＝0.5N.(2)根据安培力公式F＝BIL得I＝FBL＝1A设变阻器接入电路的阻值为R，根据闭合电路欧姆E＝I(R＋r)计算得出：R＝EI－r＝8Ω.答案：(1)0.5N(2)8Ω12.据报道，最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示.炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接.开始时炮弹在导轨的一端，通电流后，炮弹会被磁场力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离ω＝0.10m，导轨长L＝50m，炮弹质量m＝0.30kg.导轨上的电流I的方向如图中箭头所示.可认为，炮弹在轨道内运动时，它所处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0T，方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v＝2.0×103m/s，求通过导轨的电流I.忽略摩擦力与重力的影响.解析：当导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为F＝IωB①设炮弹的加速度大小为a，则F＝ma②炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而v2＝2aL③联立①②③式得I＝12mv2BωL，代入数据得I＝6.0×104A．答案：6.0×104A