高考物理母題解讀（九）磁場母題4安培力的應(yīng)用.doc

高考母題解讀高考題千變?nèi)f化，但萬變不離其宗。千變?nèi)f化的新穎高考題都可以看作是由母題衍生而來。研究高考母題，掌握母題解法規(guī)律，使學(xué)生觸類旁通，舉一反三，可使學(xué)生從題海中跳出來，輕松備考，事半功倍。母題4、安培力的應(yīng)用【解法歸納】安培力可以作為動(dòng)力使用。典例（2011新課標(biāo)理綜）電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流i從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與i成正比。通電的彈體在軌道上受到的安培力在作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是【針對訓(xùn)練題精選解析】1.（2007年高考海南物理第15題）據(jù)報(bào)道，最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示。炮彈（可視為長方形導(dǎo)體）置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接。開始時(shí)炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離w=0.10m，導(dǎo)軌長5.0m，炮彈質(zhì)量m=0.30kg。導(dǎo)軌上的電流i的方向如圖中箭頭所示。可以認(rèn)為，炮彈在軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為2.0，方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為v=2.0103m/s，求通過導(dǎo)軌的電流i。忽略摩擦力與重力的影響。解析：在導(dǎo)軌通有電流時(shí)，炮彈作為導(dǎo)體受到磁場施加的安培力為iwb 設(shè)炮彈的加速度的大小為a，則有因而f=ma 炮彈在兩導(dǎo)軌間做勻加速運(yùn)動(dòng)，因而v2=2al聯(lián)立式得代入題給數(shù)據(jù)得：i=0.6105a 2.（2008四川延考區(qū)理綜）圖為一電流表的原理示意圖。質(zhì)量為m的均質(zhì)細(xì)金屬棒mn的中點(diǎn)處通過一絕緣掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連。彈簧勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向垂直紙面向外。與mn的右端n連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù)，mn的長度大于。當(dāng)mn中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時(shí)，mn與矩形區(qū)域的cd邊重合；當(dāng)mn中有電流通過時(shí)，指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度。（1） 當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，彈簧伸長多少？（重力加速度為g）（2） 若要電流表正常工作，mn的哪一端應(yīng)與電源正極相接？（3）若k=0.2n/m，=0.2m，=0.050m，b=0.20t，此電流表的量程是多少？（不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場的作用）（4）若將量程擴(kuò)大2倍，磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)槎啻螅?（2005北京理綜）下圖是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。兩根平行長直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊（即實(shí)驗(yàn)用彈丸）?；瑝K可沿導(dǎo)軌無摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過滑塊，再從另一導(dǎo)軌流回電源?；瑝K被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場推動(dòng)而發(fā)射。在發(fā)射過程中，該磁場在滑塊所在位置始終可以簡化為勻強(qiáng)磁場，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為b=ki，比例常量k=2.5106t/a。已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5cm，滑塊的質(zhì)量m=30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v=3.0km/s（此過程視為勻加速運(yùn)動(dòng)）。（1）求發(fā)射過程中電源提供的電流強(qiáng)度。（2）若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能，則發(fā)射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？（3）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s。設(shè)砂箱質(zhì)量為m，滑塊質(zhì)量為m，不計(jì)砂箱與水平面之間的摩擦。求滑塊對砂箱平均沖擊力的表達(dá)式。4（2010高考浙江理綜）.如圖7所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過o點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其在紙面上的長度為l1，垂直紙面的寬度為l2。在膜的下端（圖中a處）掛有一平行于轉(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長為l2的導(dǎo)體棒使膜成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。光電池板可等效為一個(gè)電池，輸出電壓恒定為u，輸出電流正比于光電池板接收到的光能（設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定）。導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場b中，并與光電池構(gòu)成回路，流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外（注：光電池與導(dǎo)體棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫出）。（1）現(xiàn)有一束平行光水平入射，當(dāng)反射膜與豎直方向成q =60時(shí)，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率。（2）當(dāng)變成45時(shí)，通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡，光電池除維持導(dǎo)體棒平衡外，還能輸出多少額外電功率？可提供的額外功率為p額外= i額外u=(-1)u?！军c(diǎn)評】此題重點(diǎn)考查安培力、靜力平衡與電池功率等知識點(diǎn)。解答此題的易錯(cuò)點(diǎn)主要有：一是分析受力時(shí)選錯(cuò)研究對象，導(dǎo)致把導(dǎo)體棒的受力平衡物體誤認(rèn)為是輕質(zhì)柔軟反射膜的力矩平衡問題；二是把光電池板接收到的光能錯(cuò)誤認(rèn)為正比于照射到光電池板上光的面積；三是不能利用幾何關(guān)系得出q=45和q=60時(shí)光電池輸出功率的關(guān)系。5 ba370（2012浙江十二校高考聯(lián)盟聯(lián)考）風(fēng)力發(fā)電是目前可再生能源中技術(shù)比較成熟，具有規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)。小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般不并網(wǎng)發(fā)電，只能獨(dú)立使用，單臺裝機(jī)容量通常不超過10kw。它的構(gòu)成為：風(fēng)力發(fā)電機(jī)+充電器+數(shù)字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。葉片用來接受風(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子是繞組切割磁感線產(chǎn)生電能。因風(fēng)量不穩(wěn)定，故小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的是1325v變化的交流電，須經(jīng)充電器整流再對蓄電池充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能，最后經(jīng)逆變處理后供給用戶使用。某學(xué)習(xí)小組對一小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行測定風(fēng)速實(shí)驗(yàn)：將一銅棒與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出端構(gòu)成回路（注：風(fēng)力發(fā)電機(jī)與銅棒直接相連，連接導(dǎo)線末畫出）如圖所示。銅棒ab長為0.5m，質(zhì)量0.2kg，兩端用輕銅線相連。整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度b=2t. 當(dāng)有風(fēng)速4m/s吹向風(fēng)葉，銅棒與豎直方向成37角且偏向紙內(nèi)的位置時(shí)，銅棒處于受力平衡狀態(tài)。（1）此時(shí)銅棒中通過的電流大小與方向。（2）如風(fēng)力發(fā)電機(jī)能把風(fēng)能的30%轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的機(jī)械能，發(fā)電系統(tǒng)的效率為50%（其他能量損失一概不計(jì)），已知此小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓恒定為24v，問當(dāng)銅棒與豎直方向成53角平衡時(shí)風(fēng)速為多少m/s?（g取10m/s2，空氣=1.29kg/m3,sin37=0.6,cos37=0.8 ） (2)pt=mv212p=uim=svt，i=mgtan/bl由上述各式可得出tanv3當(dāng)風(fēng)速v1=4m/s，1=37，當(dāng)2=53，風(fēng)速為v=v1=4m/s。 6. （2012上海物理）載流長直導(dǎo)線周圍磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b=ki/r，式中常量k0，i為電流強(qiáng)度，r為距導(dǎo)線的即離。在水平長直導(dǎo)線mn正下方，矩形線圈abcd通以逆時(shí)針方向的恒定電流，被兩根等長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線靜止地懸掛，如圖所示。開始時(shí)mn內(nèi)不通電流，此時(shí)兩細(xì)線內(nèi)的張力均為t0。當(dāng)mn通以強(qiáng)度為i