人教版高中物理选修3-1：第3章第4节时同步训练及解析

高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）高中物理选修3-1 同步训练1.图3－4－16中的通电导线在磁场中受力分析正确的是()图3－4－16解析：选C.注意安培定则与左手定则的区别，判断通电导线在磁场中的受力用左手定则．2.在图3－4－17所示的电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为F a、F b，可判断两段导线()图3－4－17A．相互吸引，F a>F b B．相互排斥，F a>F bC．相互吸引，F a<F b D．相互排斥，F a<F b解析：选D.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．图3－4－183.(2013河北唐山月考)由导线组成的直角三角形框架放在匀强磁场中(如图3－4－18所示)，若导线框中通以如图方向的电流时，导线框将()A．沿与ab边垂直的方向加速运动B．仍然静止C．以c为轴转动D ．以b 为轴转动解析：选B.ab 和bc 两段电流的等效长度等于ac ，方向由a 到c 的一段电流，由左手定则以及安培力公式可知ab 和bc 两段电流所受安培力的合力方向和ac 受到的安培力方向相反，大小相等，线框整体合力为0，仍然静止，B 对．4.关于磁电式电流表的以下说法，正确的是( )A ．指针稳定后，游丝形变产生的阻力与线圈所受到的安培力方向是相反的B ．通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大C ．在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D ．在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，与所处位置无关解析：选ABD.游丝形变产生的阻力与安培力引起的动力从转动角度来看二力方向相反．电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁场大小相等方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，正确的选项为A 、B 、D ，C 错．图3－4－195.(2012·南京外国语学校高二检测)如图3－4－19所示，一根长L ＝0.2 m 的金属棒放在倾角θ＝37°的光滑斜面上，并通过I ＝5 A 的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度B ＝0.6 T 竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin37°＝0.6)解析：从侧面对棒受力分析如图，安培力的方向由左手定则判出为水平向右， F ＝ILB ＝5×0.2×0.6 N ＝0.6 N. 由平衡条件得重力 mg ＝Ftan37°＝0.8 N.答案：0.8 N课后作业一、单项选择题1.在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线( ) A ．受到竖直向上的安培力 B ．受到竖直向下的安培力 C ．受到由南向北的安培力 D ．受到由西向东的安培力解析：选A.赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，由左手定则判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，答案A 正确．图3－4－202.(2012·苏州高级中学高二检测)如图3－4－20所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上解析：选D.先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上．故选D.图3－4－213.如图3－4－21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MN 所受安培力大小为()A．F＝BIdB．F＝BId sinθC．F＝BId/sinθD．F＝BId cosθ解析：选C.导线与B垂直，F＝BI dsinθ.图3－4－224.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，方向如图3－4－22所示．过c点的导线所受安培力的方向()A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边解析：选C.根据直线电流相互作用的规律可知a与c相互吸引，b与c也相互吸引，所以导线c所受的合力方向一定指向左边且与ab边垂直，故C选项正确．二、双项选择题5.图3－4－23通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图3－4－23所示，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是()A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力方向向左D．线框所受的安培力的合力方向向右解析：选BD.由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反．ab边受到向右的安培力F ab，cd边受到向左的安培力F cd.因ab边所处的磁场强，cd边所处的磁场弱，故F ab＞F cd，线框所受合力方向向右．图3－4－246.如图3－4－24所示，将通电线圈悬挂在磁铁N极附近，磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线经过线圈圆心，线圈将()A．转动B．不转动C．靠近磁铁D．离开磁铁解析：选AC.把环形电流等效成一个小磁针，由安培定则知，此小磁针的N极向里S极向外．条形磁铁的N极吸引小磁针的S极排斥N极，故线圈将发生转动同时靠近磁铁．从上面观察的俯视图如图所示．答案为A、C.图3－4－257.(2013广东阶段性考试)如图3－4－25所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()A．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是N极B．如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是N极C．无论如何台秤的示数都不可能变化D．台秤的示数随电流的增大而增大解析：选AD.如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为N 极，A正确，B、C错误．由F＝BIl可知D正确．图3－4－268.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ.有电流时ab恰好在导轨上静止(如图3－4－26所示)，下列是在沿ba方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是()图3－4－27解析：选AB.若杆在重力、安培力、弹力的作用下可以处于平衡状态，则杆与轨道间的摩擦力为零．由左手定则判断安培力的方向：图A中安培力水平向右，摩擦力可能为零，A选项正确；图B中安培力竖直向上，摩擦力可能为零，B选项正确；图C中安培力竖直向下，没有摩擦力杆不可能平衡，C选项错误；图D中安培力水平向左，没有摩擦力，杆不可能平衡，D选项错误．故正确答案为A、B.图3－4－289.(2012·清华附中高二检测)如图3－4－28所示，abcd为闭合四边形线框，a、b、c三点的坐标分别为(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)，整个空间中有沿y轴正方向的匀强磁场，线框中通有方向如图所示的电流I.关于线框各条边所受安培力的大小，下列叙述中正确的是()A．ab边与bc边受到的安培力大小相等B．cd边受到的安培力最大C．cd边与ad边受到的安培力大小相等D．bc边不受安培力作用解析：选BD.根据安培力的计算公式可得，ab边所受安培力的大小为F ab＝BIl ab，bc边平行于磁场方向，受力为零，ad边所受安培力的大小为F ad＝BIl Od，cd边所受安培力的大小为F cd＝BIl cd，故选项B、D正确．三、非选择题图3－4－2910.如图3－4－29所示，在磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，用两根细线悬挂长L＝10 cm、质量m＝5 g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0.1 N，求金属杆中的电流的大小和方向(g＝10 m/s2)．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解得：I＝0.5 A，方向水平向右．(2)金属杆在重力mg 、悬线拉力2F 和安培力BIL 的作用下平衡，所以有：mg ＋BIL ＝2F 解得：I ＝1.5 A ，方向水平向左． 答案：(1)0.5 A ，方向水平向右 (2)1.5 A ，方向水平向左图3－4－3011.如图3－4－30所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m ．质量为6×10－2 kg 的通电直导线，电流I ＝1 A ，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0.4 T ，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10 m/s 2) 解析：支持力为0时导线的受力如图所示， 由平衡条件得： F 安＝mgtan37°＝6×10－2×100.75N＝0.8 N由F 安＝BIL 得 B ＝F 安IL ＝0.81×0.4T ＝2 T由B ＝0.4t 得t ＝B 0.4＝20.4s ＝5 s.答案：5 s图3－4－3112.如图3－4－31所示，PQ 和MN 为水平、平行放置的金属导轨，相距1 m ，导体棒ab 跨放在导轨上，导体棒的质量m ＝0.2 kg ，导体棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体质量M ＝0.3 kg ，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5.匀强磁场的磁感应强度B ＝2 T ，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在导体棒中通入多大的电流？方向如何？解析：为了使物体匀速上升，导体棒所受安培力方向应向左，由左手定则可知，导体棒中的电流方向应为a →b . 由平衡条件得：BIL ＝Mg ＋μmg 解得：I ＝Mg ＋μmgBL＝2 A.答案：2 A方向a→b。