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2018-2019物理新课堂同步选修3-1粤教版:课时分层作业15 探究安培力

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        课时分层作业(十五) 探究安培力

                             [基础达标练]
                              (15 分钟 48  分)

     选择题(共    8 小题,每小题      6 分)
     1.关于安培力、磁感应强度的说法,正确的是(  )
     A.通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场
     B.将  I、L  相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置,受安培力一定
 相同

     C.磁感线指向磁感应强度减小的方向
     D.以上说法都不正确
     D [由  F=BILsin  θ 知,当   I∥B 时,F=0,此时通电导线不受磁场力,但
导线处有磁场,故         A 错误;如果     I、L  相同,放在同一匀强磁场中因放置角度
 不同,安培力也可能不同,故             B 错误;在匀强磁场中沿磁感线方向磁感应强度
不变,故     C 错误,正确答案为        D.]

     2.(多选)把一小段通电直导线放入磁场中(  )
                                                  【导学号:52592104】
     A.若导线受到的安培力为零,说明它所在处磁感应强度为零
     B.若通电直导线垂直放入磁场中,导线受到的安培力最大
     C.若电流方向与磁场方向不垂直时,安培力也一定既垂直于导线,又垂
 直于磁场

     D.根据   B=F/IL  可知,磁感应强度        B 与安培力    F 成正比,与电流        I 导线
 长度  L 的乘积(IL)成反比
     BC [安培力的大小除与电流大小、导线长度有关外,还与电流和磁场方
 向间的夹角大小有关,两者平行时为零,垂直时最大,故当安培力为零时,磁
 感应强度不一定为零,A          错,B   对;由左手定则知道电流方向与磁场方向不垂
直时,安培力也一定既垂直于导线,又垂直于磁场,C                        对;磁感应强度由磁场
 本身决定,与电流受到的安培力以及电流元大小无关,D                        错.]

     3.(多选)下列关于磁通量的说法,正确的是(  )
     A.磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量
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     B.某一面积上的磁通量是表示穿过此面积的磁感线的净条数
     C.在磁场中所取的面积越大,该面上磁通量越大
     D.穿过任何封闭曲面的磁通量一定为零
     BD [磁通量    Φ 是磁感应强度       B 与垂直于磁场方向的面积           S 的乘积,即
 Φ=BS,亦表示穿过磁场中某面积              S 的磁感线的净条数,Φ         只有大小,没有方
 向,是标量.由此可知选项            A 错误,B    正确;磁通量      Φ 的大小由     B、S  共同决
 定,所以面积大,Φ         不一定大,由此可知选项           C 错误;由于磁感线是闭合曲线,
 所以只要有磁感线穿入封闭曲面,如一个球面,则该磁感线必然从该曲面穿出,
 由此可知选项      D 正确.]

     4.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
     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,画出此处磁场和电流的方向图如图所示,由左手定
 则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的,选项
 A 正确.]

     5.如图   3­3­13 所示,四边形的通电闭合线框            abcd 处在垂直线框平面的匀
强磁场中,它受到磁场力的合力(  )


                                 图  3­3­13
     A.竖直向上
     B.方向垂直于      ad 斜向上
     C.方向垂直于      bc 斜向上
     D.为零
     D [由题意可知      abcd 中电流组成一个封闭的电流,其有效长度为零,所以
线框   abcd 所受安培力的合力为零,选项             D 正确.]

     6.在地磁场作用下处于静止的小磁针上方,平行于小磁针水平放置一直导
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 线,当该导线中通有电流时,小磁针会发生偏转;当通过该导线电流为                               I 时,
 小磁针左偏     30°,则当小磁针左偏        60°时,通过导线的电流为(已知直导线在某
 点产生的磁场与通过直导线的电流成正比)(  )
                                                  【导学号:52592105】
     A.2I  B.3I  C.      3I  D.无法确定

     B [设地磁场磁感应强度为           B 地,当通过电流为        I,根据题意可知:地磁场、
电流形成的磁场、合磁场之间的关系为:


     当夹角为    30°时,有:B1=kI=B      地 tan    30°;当夹角为     60°时,有:B2=

 kI1=B 地 tan 60° 

     联立两式解得:I1=3I,故         A、C、D    错误,B    正确.]
     7.长度为    L、通有电流为       I 的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场
 方向如图所示,已知磁感应强度为               B,对于下列各图中,导线所受安培力的大
 小计算正确的是(  )


     A [A  图中,导线不和磁场垂直,故将导线投影到垂直磁场方向上,故
 F=BILcos   θ,A  正确;B    图中,导线和磁场方向垂直,故               F=BIL,B   错误;
 C 图中导线和磁场方向垂直,故             F=BIL,C   错误;D    图中导线和磁场方向垂直,
 故 F=BIL,D   错误.]

     8.(多选)一根长为      0.2 m 的导线,通过的电流为           2 A,放在磁感应强度为
 0.5 T 的匀强磁场中,受到磁场力的大小可能是(  )
     A.0.4 N                       B.0.3 N
     C.0.1 N                       D.0
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     CD [根据安培力的定义,当磁感应强度                 B 与通电导线电流       I 方向垂直时,
 磁场力有最大值为        F=BIL=0.5×2×0.2 N=0.2 N.当两方向平行时,磁场力有
 最小值为    0.随着二者方向夹角的不同,磁场力大小可能在                    0.2    N 与 0 之间取
 值.故   C、D  均有可能.]

                               [能力提升练]
                              (25 分钟 52  分)

     一、选择题(共      4 小题,每小题      6 分)
     1.如图   3­3­14 所示,在   xoy 平面中有一通电直导线与           ox、oy 轴相交,导
 线中电流方向如图所示,该区域有匀强磁场,通电直导线所受磁场力的方向与

 oz 轴的正方向相同,该磁场的磁感应强度的方向正确的是(  )


                                 图  3­3­14
     A.只能沿    x 轴负方向               B.可能沿     y 轴负方向
     C.只能沿    z 轴正方向               D.可能沿     z 轴负方向
     B [根据左手定则,安培力总垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面,
 故磁场的方向一定在         xy 平面内,由左手定则可知磁场的方向可能沿                   y 轴负方向
或  x 轴负方向,A、C、D        错误,B    正确.]

     2.如图   3­3­15 所示,水平桌面上放置一根条形磁铁,磁铁中央正上方用
 绝缘弹簧悬挂一水平直导线,并与磁铁垂直.当直导线中通入图中所示方向的

 电流时,可以判断出(  )


                                 图  3­3­15
     A.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力减小
     B.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力减小
     C.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力增大
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     D.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力增大
     A [如图所示,画出直导线附近的条形磁铁的磁感线,由左手定则可知,
 直导线受向下的安培力,由于力的作用是相互的,因此条形磁铁受向上的作用
 力,故   A 正确.


                                            ]
     3.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                    3­3­16 所示,过   c 点的导线所受安
培力的方向(  )
                                                  【导学号:52592106】


                                 图  3­3­16
     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
     C [根据安培定则,a、b         在  c 处产生的磁场分别为垂直于           ac 连线斜向下
 和垂直于    bc 连线斜向下,并且大小相等,由平行四边形定则可确定                        c 处合磁场
 方向向下,又根据左手定则,可判定                c 处直导线所受安培力方向垂直于              ab 边,
 指向左边,所以       C 项正确.]

     4.(多选)两根通电的长直导线平行放置,电流分别为                     I1 和 I2,电流的方向
如图   3­3­17 所示.在与导线垂直的平面上有             a、b、c、d    四点,其中     a、b  在导
线横截面连线的延长线上,c、d              在导线横截面连线的垂直平分线上.导体中的
电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是(  )
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                                 图  3­3­17
     A.a 点                         B.b  点
     C.c 点                         D.d  点

     AB [由安培定则可判知,电流            I1、I2 分别在   a、b 两点产生的磁感应强度
 方向相反,大小有可能相等,合磁感应强度可能为                      0,而   c、d 两点的合磁感应
 强度不可能为      0.]

     二、非选择题(2      小题,共    28 分)
     5.(14 分)如图   3­3­18 所示,线圈平面与水平方向夹角             θ=60°,磁感线竖
直向下,线圈平面面积           S=0.4 m2,匀强磁场磁感应强度           B=0.6 T,则穿过线圈
的磁通量     Φ 为多少?把线圈以         cd 为轴顺时针转过      120°角,则通过线圈磁通量
的变化量为多少?


                                 图  3­3­18
     【解析】 线圈在垂直磁场方向上的投影面积

                           2      2
     S⊥=Scos 60°=0.4×0.5 m  =0.2 m

     穿过线圈的磁通量        Φ=BS⊥=0.6×0.2 Wb=0.12 Wb.
     线圈以   cd 为轴顺时针方向转过         120°角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感
线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时通过线圈的磁通量

     Φ2=-BS=-0.6×0.4 Wb=-0.24 Wb.
     故磁通量的变化量

     ΔΦ=|Φ2-Φ|=|-0.24-0.12| Wb=0.36 Wb.
     【答案】 0.12 Wb 0.36 Wb
     6.(14 分)如图   3­3­19 所示,两光滑的平行金属轨道与水平面成                 θ 角,两轨
道间距为     L,一金属棒垂直两轨道水平放置.金属棒质量为                      m,电阻为     R,轨
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道上端的电源电动势为          E,内阻为     r.为使金属棒能静止在轨道上,可加一方向
竖直向上的匀强磁场,则该磁场的磁感应强度                    B 应是多大?


                                图  3­3­19
    【解析】 导体棒受力分析如图所示

          E
    则 I=R+r                       ①

    F 安=BIL                       ②

    F 安=mgtan θ                   ③
    由①②③解得

       mg R+r tan θ
    B=     EL     .


              mg R+r tan θ
    【答案】          EL
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