【創(chuàng)新設(shè)計】高中物理 6.2 安培力作用下導體的運動對點練習 魯科版選修31.doc

【創(chuàng)新設(shè)計】2014-2015學年高中物理 6.2 安培力作用下導體的運動對點練習 魯科版選修3-1安培力作用下導體的運動圖6261兩個相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動，設(shè)大小不同的電流按如圖626所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運動情況是 ()a都繞圓柱體轉(zhuǎn)動b彼此相向運動，且具有大小相等的加速度c彼此相向運動，電流大的加速度大d彼此背向運動，電流大的加速度大答案b安培力作用下導體的平衡圖6272如圖627所示，用兩根輕細金屬絲將質(zhì)量為m、長為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強磁場內(nèi)當棒中通以從a到b的電流i后，兩懸線偏離豎直方向角而處于平衡狀態(tài)為了使棒平衡在該位置上，所需的磁場的最小磁感應強度的大小、方向為()a.tan ，豎直向上 b.tan ，豎直向下c.sin ，平行懸線向下 d.sin ，平行懸線向上答案d解析要求所加磁場的磁感應強度最小，應使棒平衡時所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力的最小值為fminmgsin ，即ilbminmgsin ，得bminsin ，方向應平行于懸線向上故選d.安培力和牛頓第二定律的結(jié)合圖6283澳大利亞國立大學制成了能把2.2 g的彈體(包括金屬桿ef的質(zhì)量)加速到10 km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2 km/s)如圖628所示，若軌道寬為2 m，長為100 m，通過的電流為10 a，試求軌道間所加勻強磁場的磁感應強度 (軌道摩擦不計)答案55 t解析由運動學公式求出加速度a，由牛頓第二定律和安培力公式聯(lián)立求出b.根據(jù)2axvv得炮彈的加速度大小為a m/s25105 m/s2. 根據(jù)牛頓第二定律fma得炮彈所受的安培力fma2.21035105 n1.1103 n，而fbil，所以b t55 t.題組一安培力作用下物體的運動方向圖6291把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它的下端剛好跟杯里的水銀面相接觸，并使它組成如圖629所示的電路圖當開關(guān)s接通后，將看到的現(xiàn)象是()a彈簧向上收縮b彈簧被拉長c彈簧上下跳動d彈簧仍靜止不動答案c解析因為通電后，線圈中每一圈之間的電流是同向的，互相吸引，線圈就縮短，電路就斷開了，一斷開沒電流了，線圈就又掉下來接通電路如此通斷通斷，就上下跳動圖62102通有電流的導線l1、l2處在同一平面(紙面)內(nèi)，l1是固定的，l2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸o轉(zhuǎn)動(o為l2的中心)，各自的電流方向如圖6210所示下列哪種情況將會發(fā)生()a因l2不受磁場力的作用，故l2不動b因l2上、下兩部分所受的磁場力平衡，故l2不動cl2繞軸o按順時針方向轉(zhuǎn)動dl2繞軸o按逆時針方向轉(zhuǎn)動答案d解析由右手螺旋定則可知導線l1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外，且離導線l1的距離越遠的地方，磁場越弱，導線l2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于o點的下方磁場較強，則安培力較大，因此l2繞軸o按逆時針方向轉(zhuǎn)動，d選項對圖62113一個可以自由運動的線圈l1和一個固定的線圈l2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，當兩線圈通以如圖6211所示的電流時，從左向右看，則線圈l1將()a不動 b順時針轉(zhuǎn)動c逆時針轉(zhuǎn)動 d向紙面內(nèi)平動答案b解析法一利用結(jié)論法環(huán)形電流l1、l2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得l1的轉(zhuǎn)動方向應是：從左向右看線圈l1順時針轉(zhuǎn)動法二等效分析法把線圈l1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流i2的中心，通電后，小磁針的n極應指向該點環(huán)形電流i2的磁場方向，由安培定則知i2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上，而l1等效成小磁針后轉(zhuǎn)動前，n極應指向紙里，因此應由向紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈l1順時針轉(zhuǎn)動法三直線電流元法把線圈l1沿轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)直線電流元，電流元處在l2產(chǎn)生的磁場中，據(jù)安培定則可知各電流元所在處磁場方向向上，據(jù)左手定則可得，上部電流元所受安培力均指向紙外，下部電流元所受安培力均指向紙里，因此從左向右看線圈l1順時針轉(zhuǎn)動故正確答案為b.題組二通電導線在磁場中的平衡圖62124質(zhì)量為m的如圖6212所示條形磁鐵放在水平面上，在它的上方偏右處有一根固定的垂直紙面的直導線，當直導線中通以圖示方向的電流時，磁鐵仍保持靜止下列結(jié)論正確的是()a磁鐵對水平面的壓力減小b磁鐵對水平面的壓力增大c磁鐵對水平面施加向左的靜摩擦力 d磁鐵所受的合外力增加答案bc5質(zhì)量為m的通電細桿ab置于傾角為的導軌上，導軌的寬度為d，桿ab與導軌間的摩擦因數(shù)為.有電流時，ab恰好在導軌上靜止，如圖(a)所示圖(b)中的四個側(cè)視圖中，標出了四種可能的勻強磁場方向，其中桿ab與導軌之間的摩擦力可能為零的圖是() 答案ab解析選項a中，通電細桿可能受重力、安培力、導軌的彈力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導軌間的摩擦力可能為零當安培力變大或變小時，細桿有上滑或下滑的趨勢，于是有靜摩擦力產(chǎn)生選項b中，通電細桿可能受重力、安培力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導軌間的摩擦力可能為零當安培力減小時，細桿受到導軌的彈力和沿導軌向上的靜摩擦力，也可能處于靜止狀態(tài)選項c和d中，通電細桿受重力、安培力、導軌彈力作用具有下滑趨勢，故一定受到沿導軌向上的靜摩擦力，如圖所示，所以桿與導軌間的摩擦力一定不為零圖62136如圖6213所示，金屬棒mn兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由m向n的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為，如果僅改變下列某一個條件，角的相應變化情況是()a棒中的電流變大，角變大b兩懸線等長變短，角變小c .金屬棒質(zhì)量變大，角變大d磁感應強度變大，角變小答案a圖62147如圖6214所示，兩平行金屬導軌間的距離l0.40 m，金屬導軌所在的平面與水平面夾角37，在導軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應強度b0.5 t、方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場金屬導軌的一端接有電動勢e4.5 v、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 kg的導體棒ab放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好，導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻r02.5 ，金屬導軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通過導體棒的電流；(2)導體棒受到的安培力大小；(3)導體棒受到的摩擦力大小答案見解析解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律i1.5 a.(2)導體棒受到的安培力f安bil0.30 n.(3)導體棒受力如圖，將重力正交分解f1mgsin 370.24 n，f1f安，根據(jù)平衡條件，mgsin 37fff安，解得ff0.06 n.圖62158如圖6215所示，水平放置的兩導軌p、q間的距離l0.5 m，垂直于導軌平面的豎直向上的勻強磁場的磁感應強度b2 t，垂直于導軌放置的ab棒的質(zhì)量m1 kg，系在ab棒中點的水平繩跨過定滑輪與重量g3 n的物塊相連已知ab棒與導軌間的動摩擦因數(shù)0.2，電源的電動勢e10 v、內(nèi)阻r0.1 ，導軌的電阻及ab棒的電阻均不計要想ab棒處于靜止狀態(tài)，r應在哪個范圍內(nèi)取值？(g取10 m/s2)答案見解析解析依據(jù)物體的平衡條件可得，ab棒恰不右滑時：gmgbi1l0ab棒恰不左滑時：gmgbi2l0依據(jù)閉合電路歐姆定律可得：ei1(r1r)ei2(r2r)由以上各式代入數(shù)據(jù)可解得：r19.9 ，r21.9 所以r的取值范圍為：19 r9.9 .題組三安培力與牛頓運動定律的綜合應用圖62169如圖6216所示，在同一水平面的兩導軌相互平行，并處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為0.2 t，一根質(zhì)量為0.6 kg，有效長度為2 m的金屬棒放在導軌上，當金屬棒中的電流為5 a時，金屬棒做勻速直線運動；當金屬棒中的電流突然增大為8 a時，求金屬棒能獲得的加速度的大小解析當金屬棒中的電流為5 a時，金屬棒做勻速運動，有i1blf當金屬棒中的電流為8 a時，金屬棒能獲得的加速度為a，則i2blfma聯(lián)立解得a2 m/s2圖621710據(jù)報道，最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖6217所示炮彈(可視為長方形導體)置于兩固定的平行導軌之間，并與軌道壁密接開始時炮彈在導軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導軌另一端的出口高速射出設(shè)兩導軌之間的距離w0.10 m，導軌長l5.0 m，炮彈質(zhì)量m0.30 kg.導軌上的電流i的方向如圖中箭頭所示可以認為，炮彈在軌道內(nèi)運動時，它所在處磁場的