高中物理-滚动检测6-磁场与安培力-粤教版选修3-1.doc

滚动检测(六)　磁场与安培力
(时间：60分钟　满分：100分)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)

图1
1．如图1所示，两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M和N，通有同向等值电流；沿纸面与直导线M、N等距放置的另一根可自由移动的通电导线ab，则通电导线ab在安培力作用下运动的情况是 (　　)．
A．沿纸面逆时针转动
B．沿纸面顺时针转动
C．a端转向纸外，b端转向纸里
D．a端转向纸里，b端转向纸外
答案　D

图2
2．如图2所示，一根质量为m的金属棒AC用软线悬挂在磁感应强度为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，适当增大电流
B．只改变电流方向，并适当减小电流
C．不改变磁场和电流方向，适当减小磁感应强度
D．只改变磁场方向，并适当减小磁感应强度
解析　通入A→C方向的电流时，由左手定则可知，安培力方向垂直金属棒向上，2T＋F安＝mg，F安＝BIL；欲使悬线张力为零，需增大安培力，但不能改变安培力的方向，只有选项A符合要求．
答案　A

图3
3．如图3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导线中电流方向垂直纸面向里，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，以下说法正确的是 (　　)．
A．导线a所受合力方向水平向左
B．导线a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　通电直导线同向相吸、异向相斥，可知对于a，Fba是斥力，Fca是引力，又因为在a导线所处位置，导线c产生的磁场比导线b产生的磁场弱，则Fba大于Fca，即a所受的合力向左；而对b，Fab和Fcb都是斥力，且a、c是对称的，合力为零；对c，同理可知合力向右，选A.
答案　A

图4
4．(2012·聊城高二检测)两个绝缘导体环AA′、BB′大小相同，环面垂直，环中通有相同大小的恒定电流，如图4所示，则圆心O处磁感应强度的方向为(AA′面水平，BB′面垂直纸面) (　　)．
A．指向左上方　　　　　 B．指向右下方
C．竖直向上 D．水平向右
答案　A

5．如图5所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时 (　　)．

图5
A．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用
B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用
C．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用
D．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用
答案　B

图6
6．如图6，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可能是 (　　)．
A．沿x轴正方向
B．沿y轴负方向
C．沿z轴正方向
D．沿z轴负方向
解析　安培力垂直于I、B决定的平面，因此磁感应强度只要在xOy平面内且有垂直I向左的分量即可．
答案　B[
二、双选选择题(本题共4小题，每小题8分，共32分)

图7
7．全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2动作，从而牵引排水阀的阀门，排出污水(如图7所示)．以下说法正确的是 (　　)．
A．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中[
D．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中
解析　线圈a、b间通以直流电，a为正、b为负时线圈的上端为N极，铁芯2在图示位置被磁化，A端为S极，B端为N极，铁芯要被吸入线圈中．断电后，铁芯在复位弹簧作用下回到原位置(图中未画弹簧)．当a、b处输入交变电流时，仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈要发生相吸的作用．
答案　BD
[
图8
8．通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图8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　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Fab，cd边受到向左的安培力Fcd，因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故Fab>Fcd，线框所受合力方向向右．
答案　BD[

图9
9．如图9，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.则磁感应强度的方向和大小可能为 (　　)．
A．z正向，tan θ B．y正向，
C．z负向，tan θ D．沿悬线向上，sin θ

解析　画出通电导线受力图如图所示，由左手定则可知，当磁感应强度的方向沿y轴正方向时，安培力沿z轴正方向．当BIL＝mg时，导线受力平衡，保持静止，即磁感应强度的方向沿y轴正向，大小为，选项B正确．当磁感应强度的方向沿z轴负方向时，安培力沿y轴正方向．当BIL＝mgtan θ时，导线受力平衡，保持静止，即磁感应强度的方向沿z轴负向，大小为tan θ，选项C正确．
答案　BC

图10
10．电磁轨道炮工作原理如图10所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是(　　)．
A．只将轨道长度L变为原来的2倍
B．只将电流I增加到原来的2倍
C．只将弹体质量减小到原来的一半
D．将弹体质量减小到原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变
解析　设B＝kI，轨道之间距离d，则发射过程中，安培力F＝BId，安培力做功W＝FL＝kI2dL，由动能定理kI2dL＝mv2，解得弹体的出射速度v＝ .要使弹体的出射速度增加至原来的2倍，可采用的办法是只将电流I增加到原来的2倍；或将弹体质量减小到原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变，选项B、D正确．
答案　BD
三、非选择题(本题共2小题，每小题16分，共32分．计算题要求有必要的文字叙述，列出必要的方程和演算步骤)

图11
11．(16分)如图11所示，固定的两光滑导体圆环半径为0.5 m，相距1 m．在两圆环上放一导体棒，圆环上接有电源，电源的电动势为3 V，内电阻不计．导体棒质量为60 g，电阻为1.5 Ω匀强磁场竖直向上，且B＝0.4 T．开关S闭合后，棒从圆环底端上滑至某一位置后静止．试求：
(1)静止后每个环对棒的支持力为多少？(g取10 m/s2)
(2)此棒静止后的位置与环底高度差为多少？

解析　(1)导体棒静止时，设每个环对棒的支持力为RN1，两球对棒的作用力为FN，则FN＝2FN，棒受重力mg、两环对其作用力FN和安培力F的共同作用而平衡，则三力的合力为零，如图所示．[
由安培力公式得F＝BIL＝＝ N＝0.8 N
则FN1＝＝＝ N＝0.5 N.
(2)设环对棒的作用力FN与水平方向的夹角为θ，棒静止后
的位置与环底高度差为h.则tan θ＝＝＝，h＝r(1－sin θ)＝0.5×(1－) m＝0.2 m.
答案　(1)0.5 N　(2)0.2 m

图12
12．如图12所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源．电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m、长度为L的导体棒由静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小．
解析　受力分析如图所示，导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F，

由牛顿第二定律：
mgsin θ－Fcos θ＝ma ①[F＝BIL ②
I＝ ③
由①②③式可得
a＝gsin θ－.
答案　gsin θ－