课时作业23 磁场的描述 磁场对电流的作用时间：45分钟一、单项选择题1.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：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，C正确．答案：C2.如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内．每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是( )A．导线a所受合力方向水平向右B．导线c所受合力方向水平向右C．导线c所受合力方向水平向左D．导线b所受合力方向水平向左解析：导线b、c在a处产生的合磁场方向向上，由左手定则知a所受合力方向水平向左，A错误；导线a、b在c处产生的合磁场方向向下，由左手定则知，c所受合力方向水平向右，B正确，C错误；导线a、c在b处产生的合磁场的磁感应强度为零，导线b8\n所受合力为零，D错误．答案：B3.如图所示，abcd四边形闭合金属线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，线框通入电流I，方向如图所示，关于四边形线框的四条边所受到的安培力的大小，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．ad边不受安培力作用解析：根据公式F＝BIL，ab边受到的安培力大小为Fab＝BIL，bc边平行于磁场方向，不受安培力作用，A错误；ad边受到安培力大小为Fad＝BILdO，D错误；cd边受到的安培力大小为Fcd＝BILcd，因为Lcd>LdO，所以Fcd>Fad，B正确，C错误．答案：B4.如右图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有两根竖直放置的平行导轨AB、CD，导轨上放有质量为m的金属棒MN下滑，棒与导轨间的动摩擦因数为μ，现从t＝0时刻起，给棒通以图示方向的电流，且电流大小与时间成正比，即I＝kt，其中k为正恒量．若金属棒与导轨始终垂直，则如下图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中，正确的是( )8\n解析：当Ff＝μBIL＝μBLkt<mg时，棒沿导轨向下加速；当Ff＝μBLkt>mg时，棒沿导轨向下减速；在棒停止运动前，棒所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff＝μBLkt；当棒停止运动时，摩擦力立即变为静摩擦力，大小为Ff＝mg，C正确．答案：C5.如图所示，MN、PQ为水平放置的平行导轨，通电导体棒ab垂直放置在导轨上，已知导体棒质量m＝1kg，长l＝2.0m，通过的电流I＝5.0A，方向如图所示，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝.若使导体棒水平向右匀速运动，要求轨道内所加与导体棒ab垂直的匀强磁场最小，则磁场的方向与轨道平面的夹角是(g＝10m/s2)( )A．30°B．45°C．60°D．90°解析：对导体棒进行受力分析，如图所示，要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，则设磁场方向与轨道平面成θ角向左斜向上，由左手定则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示，则BIlsinθ＝μFN①，FN＋BIlcosθ＝mg②，联立①、②式可得B＝8\n·＝＝，故θ＝60°时，磁感应强度最小．答案：C二、多项选择题6.如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为FN1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为FN2，则以下说法正确的是( )A．弹簧长度将变长B．弹簧长度将变短C．FN1>FN2D．FN1<FN2解析：画出导体棒所在处的磁感线方向，用左手定则可判断出条形磁铁对导体棒的安培力斜向右下方，由牛顿第三定律可知，导体棒对条形磁铁的安培力斜向左上方，所以弹簧长度将变短，FN1>FN2，B、C正确．答案：BC7.如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角(环面轴线为竖直方向)．若导线环上载有如图所示的恒定电流I，则下列说法正确的是( )A．导电圆环有收缩的趋势B．导电圆环所受安培力方向竖直向上C．导电圆环所受安培力的大小为2BIR8\nD．导电圆环所受安培力的大小为2πBIRsinθ解析：若导线环上载有如题图所示的恒定电流I，由左手定则可得导线环上各小段所受安培力斜向内，导电圆环有收缩的趋势，导电圆环所受安培力方向竖直向上，导电圆环所受安培力的大小为2πBIRsinθ，A、B、D正确，C错误．答案：ABD8.光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝20cm的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量m＝60g、电阻R＝1Ω、长为L的导体棒ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5T，当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时，细线与竖直方向成θ＝53°角，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导轨电阻不计，sin53°＝0.8，g＝10m/s2则( )A．磁场方向一定竖直向下B．电源电动势E＝3.0VC．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝3ND．导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048J解析：导体棒向右沿圆弧摆动，说明受到向右的安培力，由左手定则知该磁场方向一定竖直向下，A对；导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功，由动能定理知BIL·Lsinθ－mgL(1－cosθ)＝0，代入数值得导体棒中的电流为I＝3A，由E＝IR得电源电动势E＝3.0V，B对；由F＝BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F＝0.3N，C错；由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和，即W＝Q＋ΔE，而ΔE＝mgL(1－cosθ)＝0.048J，D错．答案：AB三、非选择题9．如图所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距1m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3kg，导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5，匀强磁场的磁感应强度B＝2T，方向竖直向下，(g＝10m/s2)为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？8\n解析：对导体棒ab受力分析，由平衡条件得，竖直方向FN＝mg水平方向BIL－Ff－Mg＝0又Ff＝μFN联立解得I＝2A由左手定则知电流方向由a指向b.答案：2A 电流方向由a指向b10.质量为m、长度为L的导轨棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求棒MN受到的支持力和摩擦力．解析：8\n设棒MN受到的安培力F，支持力为FN，摩擦力为Ff，对其受力分析如图所示，由平衡条件知，水平方向Ff＝Fsinθ竖直方向FN＝Fcosθ＋mg又F＝BIL解得Ff＝BILsinθFN＝BILcosθ＋mg答案：BILcosθ＋mg BILsinθ11．载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B＝kI/r，式中常量k>0，I为电流强度，r为距导线的距离．在水平长直导线MN正下方，矩形线圈abcd通过逆时针方向的恒定电流，被两根等长的轻质绝缘细线静止地悬挂，如图所示．开始时MN内不通电流，此时两细线内的张力均为T0.当MN通以强度为I1的电流时，两细线内的张力均减小为T1：当MN内的电流强度变为I2时，两细线的张力均大于T0.(1)分别指出强度为I1、I2的电流的方向；(2)求MN分别通以强度为I1和I2电流时，线框受到的安培力F1与F2大小之比；(3)当MN内的电流强度为I3时两细线恰好断裂，在此瞬间线圈的加速度大小为a，求I3.解析：(1)由题意知，当MN通以电流I1时，线圈受到的安培力向上，根据左手定则、安培定则可以判断I1的方向向左，当MN通以电流I2时，线圈受到的安培力应向下，同理，可以判断I2的方向向右．(2)当MN中的电流为I时，线圈受到的安培力大小为F＝kIiL式中r1、r2分别为ab、cd与MN的间距，i为线圈中的电流，L为ab、cd的长度．所以＝(3)设MN中电流为I3时，线圈所受安培力为F3，由题设条件有2T0＝mg,2T1＋F1＝mg，F3＋mg＝ma，＝8\n由以上各式得I3＝I1答案：(1)I1方向向左，I2方向向右 (2)＝(3)I18
