2015年湖北高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練：通電導(dǎo)線在磁場中受到的力

湖北2015年高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練：通電導(dǎo)線在磁場中受到的力

　　2015年湖北高考生正在努力備考中，湖北高考網(wǎng)整理了2015年湖北高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練資料，希望對大家的復(fù)習(xí)有幫助！

　　一、選擇題(8×5′，共40分)

　　1.關(guān)于磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間的關(guān)系，正確的說法是(　　)

　　A.磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間總是互相垂直的

　　B.磁場方向一定與安培力方向垂直，但電流方向不一定與安培力方向垂直

　　C.磁場方向不一定與安培力方向垂直，但電流方向一定與安培力方向垂直

　　D.磁場方向不一定與電流方向垂直， 但安培力方向一定既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直

　　解析：通電導(dǎo)線放入磁場中，不管電流與磁場是否垂直，安培力一定垂直磁場和電流所確定的平面，即安培力總是既垂直磁場方向，又垂直電流方向.

　　答案：D

　　圖16

　　2.在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)a、b、c處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖16.過c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向(　　)

　　A.與ab邊平行，豎直向上

　　B.與ab邊平行，豎直向下

　　C.與ab邊垂直，指向左邊

　　D.與ab邊垂直，指向右邊

　　解析：本題考查的知識(shí)點(diǎn)是右手定則、磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加、左手定則.因a、b處的導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向內(nèi)，根據(jù)右手定則可以判斷a處導(dǎo)線中的電流在c處產(chǎn)生的磁場方向?yàn)榕cac邊垂直且指向左下方;b處導(dǎo)線中的電流在c處產(chǎn)生的磁場方向?yàn)榕cbc邊垂直且指向右下方.由幾何知識(shí)可得兩個(gè)磁場方向的夾角為60°，又由于c點(diǎn)距a、b兩點(diǎn)的距離相等，a、b處導(dǎo)線中的電流相等，所以產(chǎn)生的兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也相等，由平行四邊形定則合成后的磁場方向豎直向下.由左手定則可以判斷c處導(dǎo)線受到的安培力與ab邊垂直，指向左邊，故選項(xiàng)C正確.

　　答案：C

　　3.兩條導(dǎo)線相互垂直且彼此絕緣，如圖17所示，其中AB固定，CD能自由移動(dòng)，當(dāng)通以如圖方向的電流時(shí)，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙里看)(　　)

　　圖17

　　A.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB

　　B.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB

　　C.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離AB

　　D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離AB

　　解析：將CD看成是放入AB導(dǎo)線激發(fā)的磁場中的通電導(dǎo)體，再用左手定則判斷受力方向.

　　答案：B

　　圖18

　　4.(2010年上海卷)如圖18，長為2L的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(　　)

　　A.0　　　　　　　　B.0.5BIL

　　C.BIL D.2BIL

　　圖19

　　解析：安培力公式F=BIL，其中L為垂直放于磁場中導(dǎo)線的有效長度，圖19中的有效長度為虛線所示，其長度為L，所以通電導(dǎo)線受到的安培力F=IBL，選項(xiàng)C正確.

　　答案：C

　　5.某地的地磁場大約是4.0×10-5 T，一根長為500 m的電線，通入電流強(qiáng)度為10 A的電流，該導(dǎo)線可能受到的安培力為(　　)

　　A.0 B.0.1 N

　　C.0.3 N D.0.4 N

　　解析：該電線與地磁場恰好垂直放置時(shí)，受到的安培力最大，F(xiàn)m=BIL=4.0×10-5×10×500 N=0.2 N，當(dāng)IB時(shí)，F(xiàn)min=0，所以選項(xiàng)A、B正確.

　　答案：AB

　　6.如圖20所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度，天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面，當(dāng)線圈中通有電流I時(shí)，方向如圖，在天平左、右兩邊各加質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼，天平平衡，當(dāng)電流反向時(shí)(大小不變)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知(　　)

　　圖20

　　A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為

　　B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為

　　C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為

　　D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為

　　解析：如果磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，則線圈底邊所受安培力方向豎直向下，此時(shí)天平平衡，由力矩平衡知：m1gL′=(m2g+NBIL)L′，式中L′為天平力臂，如果將電流改變方向，在右側(cè)再加上m的砝碼后又平衡了，則：m1gL′=(m2g+mg-NBIL)·L′，解得B=，故B正確.如果磁場方向垂直紙面向外，第一次平衡：m1gL′=(m2g-NBIL)·L′，第二次平衡：m1gL′=(m2g+mg+NBIL)·L′.

　　這兩方程聯(lián)立無解，所以正確答案為B.

　　答案：B

　　7.在北半球地面上，有一條東西方向水平放置的長直導(dǎo)線，通有從東向西流動(dòng)的電流，則此通電導(dǎo)線所受地磁場的作用力的方向應(yīng)是(　　)

　　A.向上偏北 B.向下偏南

　　C.向南 D.向北

　　解析：在北半球，地磁場的磁場方向應(yīng)向下偏北，由左手定則，東西方向的導(dǎo)線受到的安培力方向應(yīng)向下偏南.

　　答案：B

　　圖21

　　8.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一根長直通電導(dǎo)線，電流的方向垂直紙面向外.如圖21所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點(diǎn)，在這四點(diǎn)中(　　)

　　A.b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等

　　B.a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等

　　C.a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小

　　D.c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大

　　解析：a、b、c、d四點(diǎn)處在勻強(qiáng)磁場B0和通電直導(dǎo)線形成的磁場的疊加場中，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0和通電直導(dǎo)線在該處產(chǎn)生磁場B′的矢量和.依題意，通電導(dǎo)線在a、b、c、d四點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′大小相等，方向?yàn)槟鏁r(shí)針，其合場強(qiáng)為Ba=B0-B′，Bc=B0+B′，

　　Bb=，Bd=.

　　答案：ACD

　　二、非選擇題(9、10題各10分，11、12題各20分，共60分)

　　圖22

　　9.如圖22所示，質(zhì)量為m，長為L，通有電流為I的導(dǎo)體棒ab靜止在水平導(dǎo)軌上，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與導(dǎo)軌平面成α角斜向上且和棒ab垂直，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)，則棒ab受到的摩擦力大小為________，方向?yàn)開_______，

　　圖23

　　受到的支持力為________.

　　解析：畫出ab棒的橫截面圖，并受力分析如答圖23所示，因?yàn)榘鬭b處于靜止?fàn)顟B(tài)，由棒ab水平方向受力平衡可得Ff=F安sinα=BILsinα，方向水平向右.棒ab豎直方向上受力平衡，得F安cosα+FN=mg，則FN=mg-BILcosα.

　　答案：BILsinα;水平向右;mg-BILcosα

　　圖24

　　10.通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上，通有如圖24所示的電流時(shí)，通電直導(dǎo)線A受到水平向________的安培力作用.當(dāng)A、B中電流大小保持不變，但同時(shí)改變方向時(shí)，通電直導(dǎo)線A所受到的安培力方向水平向________.

　　解析：由題圖可知，直導(dǎo)線A位于導(dǎo)線環(huán)B產(chǎn)生的垂直紙面向里的磁場中，根據(jù)左手定則，可判斷導(dǎo)線A受到的安培力方向向右.當(dāng)A、B中的電流方向改變時(shí)，A導(dǎo)線處于導(dǎo)線B產(chǎn)生垂直紙面向外的磁場中，同時(shí)導(dǎo)線A的電流方向改變，依據(jù)左手定則可以判定，A受到的安培力仍水平向右.

　　答案：右;右

　　圖25

　　11.如圖25所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6×10-2 kg的通電直導(dǎo)線，電流強(qiáng)度I=1 A，方向垂直于紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t=0時(shí)，B=0，則需要幾秒，斜面對導(dǎo)線的支持力為零?(g取10 m/s2)

　　圖26

　　解：當(dāng)斜面對導(dǎo)線的支持力為零時(shí)，導(dǎo)線受力如答圖26所示，設(shè)經(jīng)t s時(shí)B=0.4 t(T), 通電導(dǎo)線受的安培力為FA=BIL，根據(jù)平衡條件有：FA=mgcot37°，所以BIL=mgcot37°，所以B==2 T，所以t=5 s.

　　圖27

　　12.在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.08 T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，一根長度L1=20 cm，質(zhì)量m=24 g的金屬橫桿水平地懸掛在兩根長度均為L2=12 cm的輕細(xì)導(dǎo)線上，導(dǎo)線中通有如圖27所示方向的電流，電流強(qiáng)度保持為I=2.5 A不變，橫桿在懸線偏離豎直位置θ=30°處由靜止開始擺下，求橫桿通過最低位置時(shí)的瞬時(shí)速度大小.

　　解：金屬桿在磁場中受到的安培力是恒力，大小F=BIL1=0.08×2.5×0.2 N=0.04 N，方向水平，且安培力在桿下擺過程中做負(fù)功，根據(jù)動(dòng)能定理，得

　　mgL2(1-cosθ)-FL2· sinθ=mv2，

　　L2=12 cm=0.12 m，

　　v=

　　= m/s=0.35 m/s.