2024版高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用實驗二探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案新人教版

PAGE10-2024版高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用實驗二探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案新人教版實驗二探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系實驗知識·自主回顧SHIYANZHISHIZIZHUHUIGU一、實驗?zāi)康?1)探究彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系。(2)學(xué)會利用圖像研究兩個物理量之間的關(guān)系的方法。二、實驗原理(1)如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與鉤碼總重力大小相等。(2)用刻度尺測出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長量，建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中找出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系。三、實驗器材除輕質(zhì)彈簧(一根)，鉤碼(一盒)，刻度尺，鐵架臺外，還需重垂線，坐標(biāo)紙三角板。四、實驗步驟(1)如圖所示，將鐵架臺放于桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度尺(分度值為1mm)固定于鐵架臺上，并用重錘線檢查刻度尺是否豎直。(2)記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0。(3)在彈簧下端掛上一個鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧下端所對應(yīng)的刻度L1。(4)用上面方法，記下彈簧下端掛2個、3個、4個……鉤碼時，彈簧下端所對應(yīng)的刻度L2、L3、L4……并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中。(5)用xn＝Ln－L0計算出彈簧掛1個、2個、3個……鉤碼時彈簧的伸長量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎礸，計算出所掛鉤碼的總重力，這個總重力就等于彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格。(6)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點，最好以彈力F為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)。鉤碼個數(shù)刻度伸長量x彈力F0L0＝1L1＝x1＝L1－L0F1＝2L2＝x2＝L2－L0F2＝3L3＝x3＝L3－L0F3＝????6L6＝x6＝L6－L0F6＝(7)按照圖中各點的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)。所畫的點不一定正好都在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點數(shù)大致相同。(8)以彈簧的伸長為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)，首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)。(9)解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。五、誤差分析1．鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差。2．畫圖時描點及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差。六、注意事項1．安裝實驗裝置：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。2．不要超過彈性限度：實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性限度。3．盡量多測幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。4．觀察所描點的走向：不要畫折線。5．統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。核心考點·重點突破HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO考點一教材原型實驗例1(2020·湖南懷化月考)小明探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系實驗時。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，保持彈簧軸線豎直，將刻度尺豎直固定在彈簧一側(cè)；(2)彈簧自然懸掛，待彈簧靜止時，記下彈簧的長度L0，彈簧下端掛上砝碼盤時，彈簧的長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6，數(shù)據(jù)如下表。代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.4035.3537.4039.30(3)如圖乙所示是小明根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與Lx的差值(填“L0”“Lx”或“L1”)。(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為4.9N/m；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8m/s2)(5)由于彈簧自身有重量，小明在測量時沒有考慮彈簧的自重，這樣導(dǎo)致勁度系數(shù)的測量值與真實值相比相等(填“偏大”“偏小”或“相等”)。[解析](3)由胡克定律F＝kx，其中x為彈簧的形變量；結(jié)合圖像的意義可知，橫坐標(biāo)表示彈簧的形變量，不放砝碼時，x＝0，所以橫軸是彈簧長度與Lx的差值。(4)圖像的斜率再乘g表示彈簧的勁度系數(shù)，即彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(60×10－3×9.8,12×10－2)N/m＝4.9N/m。(5)x軸表示彈簧的形變量，圖線的斜率與彈簧的勁度系數(shù)成正比，在正確測出彈簧原長的情況下，彈簧的重量對實驗的結(jié)果沒有影響，所以勁度系數(shù)的測量值與真實值是相等的。名師點撥圖像法處理彈簧彈力問題用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈簧彈力大小與彈簧伸長量間的關(guān)系。注意分析圖像的斜率、截距的意義?！沧兪接?xùn)練1〕(2020·山東德州一中月考)某實驗探究小組探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系。(1)將彈簧水平放置，用毫米刻度尺正確操作測出其自然長度如圖甲所示，則彈簧的原長L0＝5.00cm。(2)然后按圖乙所示自然懸掛彈簧，實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，讀出彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，即可知道彈簧的長度L，用ΔL＝L－L0表示彈簧的伸長量。通過實驗獲得的數(shù)據(jù)，實驗小組作出了彈簧的ΔL－F圖像如圖丙所示。根據(jù)圖丙可得出彈簧的勁度系數(shù)k＝50N/m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)實驗小組分析圖像過程中發(fā)現(xiàn)圖線從B點開始發(fā)生了彎曲，圖線在B點過后發(fā)生彎曲的原因是所掛鉤碼的重力使彈簧超過了彈性限度。(4)實驗小組發(fā)現(xiàn)圖線并沒有過原點，出現(xiàn)了誤差，沒能得出彈簧的彈力與伸長量嚴(yán)格成正比的結(jié)論，本誤差屬于系統(tǒng)誤差。(填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)[解析](1)毫米刻度尺的最小刻度為1mm，讀數(shù)時要估讀到0.1mm，則彈簧的原長L0＝5.00cm。(2)由胡克定律F＝kx得k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(1.5－0.5,2.99－1.00×10－2)N/m＝50N/m。(3)在圖線的彎曲部分中，每增加相同形變量時，增加的拉力在減小，說明此時彈簧超出了彈性限度，所以圖線在B點過后發(fā)生彎曲的原因是所掛鉤碼的重力使彈簧超過了彈性限度。(4)圖線沒有過原點，說明沒有施加外力的時候彈簧就有了形變，這種情況是由彈簧自身的重力造成的，該誤差屬于系統(tǒng)誤差?？键c二實驗拓展創(chuàng)新創(chuàng)新角度實驗裝置圖創(chuàng)新解讀實驗原理創(chuàng)新1．彈簧水平放置，消除彈簧自身重力對實驗的影響。2．改變彈簧的固定方式，研究彈簧彈力大小與壓縮量之間的大小關(guān)系。實驗器材創(chuàng)新1．用橡皮筋代替彈簧做實驗。2．拉力傳感器顯示的拉力F與橡皮筋的彈力并不相等，僅為橡皮筋彈力在水平方向的分力。實驗過程創(chuàng)新1．利用固定在彈簧上的7個指針，探究彈簧的勁度系數(shù)k與彈簧長度的關(guān)系。2．利用“化曲為直”的思想，將探究勁度系數(shù)k與彈簧圈數(shù)的關(guān)系，轉(zhuǎn)化為探究eq\f(1,k)與n的關(guān)系。例2(2021·河北衡水中學(xué)調(diào)研)圖甲為某物理興趣小組測定彈簧勁度系數(shù)的實驗裝置。彈簧下端固定在水平桌面上，上端連接一托盤P，在托盤P下方和桌面上方同一豎直線上安裝有光電測距儀A和B，通過數(shù)據(jù)線可以將二者間的距離信息輸入到電腦，距離測量精度可達到0.1mm。實驗時，小組同學(xué)將6個規(guī)格為m＝50g的砝碼逐個放在托盤P上，每加放一個砝碼待系統(tǒng)靜止后均打開光電測距電路開關(guān)進行測距，測距結(jié)果直接輸入電腦，測距完成關(guān)閉測距開關(guān)，然后將對應(yīng)的托盤上放置砝碼的數(shù)目信息輸入電腦，形成一組測量數(shù)據(jù)。實驗過程中彈簧始終保持豎直且在彈性限度內(nèi)。實驗完成后小組同學(xué)在電腦上對坐標(biāo)軸和坐標(biāo)軸所表示物理量的單位進行了設(shè)置，縱軸表示托盤P上砝碼的總重力F與單個砝碼重力mg的比值；橫軸表示A、B間的距離h，單位設(shè)置為cm。設(shè)置完成后，電腦系統(tǒng)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)自動擬合出eq\f(F,mg)－h(huán)圖像如圖乙所示，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.8m/s2。(1)根據(jù)圖可求出彈簧的勁度系數(shù)k＝11.4N/m。(結(jié)果保留一位小數(shù))(2)輸入電腦的數(shù)據(jù)沒有托盤和彈簧的重力，這一疏漏對測量結(jié)果無影響。(填“有影響”或“無影響”)(3)針對實驗小組在電腦上的設(shè)置操作，請你提出一條提高測量精度的改進建議：將橫軸h的單位設(shè)置成mm。[解析]本題考查利用光電測距儀和eq\f(F,mg)－h(huán)圖像測定彈簧的勁度系數(shù)。(1)由圖像可知，托盤上無砝碼時，彈簧的長度為0.28m，每次添加砝碼后系統(tǒng)靜止，由平衡關(guān)系可得，托盤上砝碼總重量F＝k(0.28－h(huán))，即n＝eq\f(F,mg)＝eq\f(k,mg)(0.28－h(huán))，故該圖像的斜率為－eq\f(k,mg)，即eq\f(0－6.5,0.28)＝－eq\f(k,mg)，解得勁度系數(shù)k＝11.4N/m。(2)輸入電腦的數(shù)據(jù)沒有托盤和彈簧的重力，這一疏漏對測量結(jié)果無影響，因為彈簧的形變量和受力成正比，滿足k＝eq\f(ΔF,Δx)。(3)為了提高實驗的精度，可將h軸的單位設(shè)置成mm，提高h的顯示精度。〔變式訓(xùn)練2〕(2021·黑龍江大慶月考)某物理實驗探究小組利用所學(xué)的知識探究某彈簧的特性。(1)他們先用三角板和刻度尺測量該彈簧的原長如圖甲所示，則該彈簧的原長l0＝15.00(15.00～15.05)cm。(2)接下來，設(shè)計了如圖乙所示的裝置探究輕彈簧(材質(zhì)較硬)的彈力與伸長量之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)記錄如表：伸長量x/(×10－2m)2.004.006.008.0010.0彈力F/N1.502.934.555.987.50已知實驗操作準(zhǔn)確無誤，其中數(shù)據(jù)記錄有誤的是10.0，正確記錄為10.00。(3)應(yīng)用Excel軟件進行數(shù)據(jù)擬合，得到如圖丙所示的函數(shù)圖像，則該彈簧的勁度系數(shù)為75.3N/m。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)丙[解析](1)l0＝25.00cm－10.00cm＝15.00cm。(2)刻度尺的精確度為1mm，應(yīng)估讀到下一位0.1mm，以cm作單位時小數(shù)點后應(yīng)保留兩位小數(shù)，故10.0cm應(yīng)更正為10.00cm。(3)x－F圖線的斜率表示彈簧勁度系數(shù)的倒數(shù)，則k＝eq\f(1,1.3285×10－2)N/m＝75.3N/m。2年高考·1年模擬2NIANGAOKAO1NIANMONI1．(2020·重慶聯(lián)考)某同學(xué)利用圖甲所示的裝置測量輕彈簧的勁度系數(shù)。光滑的細桿(圖中未畫出)和刻度尺水平固定在鐵架臺上，一輕彈簧穿在細桿上，其左端固定，右端與細繩連接；細繩跨過光滑定滑輪，其下端可以懸掛鉤碼(實驗中，每個鉤碼的質(zhì)量均為m＝20.0g)。彈簧右端連有一豎直指針，其位置可在刻度尺上讀出，刻度尺的零刻線與彈簧左端平齊。實驗步驟如下：甲①在細繩下端掛上一個鉤碼，調(diào)整滑輪，使彈簧與滑輪間的細繩水平且彈簧與細桿間沒有接觸；②系統(tǒng)靜止后，記錄鉤碼的個數(shù)及指針的位置；③逐次增加鉤碼個數(shù)，并重復(fù)步驟②(保持彈簧在彈性限度內(nèi))；④用n表示鉤碼的個數(shù)，l表示相應(yīng)的指針位置，作出l－n圖像如圖乙所示。乙回答下列問題：(1)某次掛上鉤碼后，指針指到的位置如圖丙所示，則此時的示數(shù)為10.95(10.93～10.97)cm。(2)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，則本實驗中彈簧的勁度系數(shù)為39.2N/m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。[解析](1)毫米刻度尺的示數(shù)為10.95cm(10.93～10.97均可)。(2)將題圖乙中的長度單位由cm換算為m，將鉤碼的質(zhì)量單位由g換算為kg，鉤碼的個數(shù)為n，設(shè)彈簧的原長為l0，根據(jù)平衡關(guān)系可知，彈簧的彈力F＝nmg，彈簧的伸長量為l－l0，由胡克定律可知nmg＝k(l－l0)，化簡得l＝eq\f(mg,k)·n＋l0，圖像的斜率eq\f(mg,k)＝eq\f(0.125－0.100,5－0)m，解得彈簧的勁度系數(shù)k＝39.2N/m。2．(2020·陜西安康月考)某物理興趣小組在驗證胡克定律的實驗中別出心裁，將彈簧一端固定在鐵架臺上，然后自然懸垂。在彈簧的另一端懸掛一個鉤碼穩(wěn)定后，用實驗室中打點計時器所用紙帶比量彈簧長度，作好標(biāo)記并整齊剪下這段紙帶；然后再加掛一個相同鉤碼穩(wěn)定后，同樣用紙帶比量彈簧長度，作好標(biāo)記并整齊剪下第二段紙帶；總共加掛了三次，剪下四條紙帶。隨后將紙帶一端對齊，整齊排列在一張坐標(biāo)紙上，如圖所示。已知每個鉤碼的質(zhì)量為50g，坐標(biāo)紙最小方格的邊長為1mm，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2。(1)四條紙帶的長度由長到短依次為6.90cm、6.30cm、5.70cm、5.10cm。(2)彈簧的原長l0＝4.50cm。(3)可以判斷胡克定律成立(填“成立”或“不成立”)，判斷依據(jù)是彈簧增加相同的彈力，伸長的長度(形變量)近似相等(或者連接四條紙帶右上角得到一條直線，說明彈簧力與形變量成正比)。(4)彈簧的勁度系數(shù)k＝81.7N/m。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)[解析](1)根據(jù)坐標(biāo)紙最小方格的邊長為1mm和已經(jīng)給出的兩個數(shù)據(jù)，讀出剩余紙帶的長度分別為6.30cm、5.10cm。(2)分析四條紙帶的長度可知每多掛50g的鉤碼，彈簧伸長的長度大約為0.60cm，由(1)可知彈簧只掛50g鉤碼時，彈簧長度是5.10cm，故彈簧原長l0＝5.10cm－0.60cm＝4.50cm。(3)因為彈簧增加相同的彈力，伸長的長度(形變量)近似相等，故可以判斷胡克定律成立。(4)根據(jù)胡克定律有k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(3×50×10－3×9.8,6.90－5.10×10－2)N/m＝81.7N/m。3．(2020·安徽黃山質(zhì)檢)某同學(xué)為研究橡皮筋伸長與所受拉力的關(guān)系，做了如下實驗：①如圖(甲)所示，將白紙固定在制圖板上，橡皮筋一端固定在O點，另一端A系一小段輕繩(帶繩結(jié))；將制圖板豎直固定在鐵架臺上。②將質(zhì)量m＝100g的鉤碼掛在繩結(jié)上，靜止時描下橡皮筋下端點的位置A0；用水平力拉A點，使A點在新的位置靜止，描下此時橡皮筋下端點的位置A1；逐步增大水平力，重復(fù)5次……③取下制圖板，量出A1，A2，…各點到O的距離l1，l2，…量出各次橡皮筋與OA0之間的夾角α1，α2，…。④在坐標(biāo)紙上作出eq\f(1,cosα)－l的圖像如圖(乙)。完成下列填空：(1)已知重力加速度為g，當(dāng)橡皮筋與OA0間的夾角為α?xí)r，橡皮筋所受的拉力大小為eq\f(mg,cosα)(用g，m，α表示)。(2)由圖(乙)可得橡皮筋的勁度系數(shù)k＝1.0×102N/m，橡皮筋的原長l0＝0.21m。(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)[解析](1)橡皮筋拉力沿豎直方向的拉力大小等于鉤碼的重力，即Tcosα＝mg，T＝eq\f(mg,cosα)。(2)根據(jù)胡克定律得T＝k(l－l0)，T＝eq\f(mg,cosα)，聯(lián)立解得eq\f(1,cosα)＝eq\f(k,mg)l－eq\f(kl0,mg)，圖線斜率為eq\f(1.6－1,22.6－22.0×10－2m)＝eq\f(k,mg)＝eq\f(k,0.1×10N)，解得k＝1.0×102N/m；延長圖(乙)中的圖線與l軸交點表示橡皮筋的原長，即l0＝0.21m。4．(2020·遼寧沈陽東北育才學(xué)校一模)將兩根自然長度相同、勁度系數(shù)不同、粗細也不同的彈簧套在一起，看作一根新彈簧，設(shè)原粗彈簧(記為A)勁度系數(shù)為k1，原細彈簧(記為B)勁度系數(shù)為k2、套成的新彈簧(記為C)勁度系數(shù)為k3，關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系，同學(xué)們做出了如下猜想：甲同學(xué)：和電阻并聯(lián)相似，可能是eq\f(1,k3)＝eq\f(1,k1)＋eq\f(1,k2)乙同學(xué)：和電阻串聯(lián)相似，可能是k3＝k1＋k2丙同學(xué)：可能是k3＝eq\f(k1＋k2,2)(1)為了驗證猜想，同學(xué)們設(shè)計了相應(yīng)的實驗(裝置見圖甲)。(2)簡要實驗步驟如下，請完成相應(yīng)填空。a．彈簧A懸掛在鐵架臺上，用刻度尺測量彈簧A的自然長度L0；b．在彈簧A的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個數(shù)，每個鉤碼的質(zhì)量m和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮，并用刻度尺測量彈簧的長度L1；c．由F＝nmg計算彈簧的彈力，由x＝L1－L0計算彈簧的伸長量，由k＝eq\f(F,x)計算彈簧的勁度系數(shù)；d．改變鉤碼的個數(shù)，重復(fù)實驗步驟b、c，并求出彈簧A的勁度系數(shù)的平均值k1；e．僅將彈簧分別換為B、C，重復(fù)上述操作步驟，求出彈簧B、C的勁度系數(shù)的平均值k2、k3，比較k1、k2、k3并得出結(jié)論。(3)圖乙是實驗得到的圖線，由此可以判斷乙同學(xué)的猜想正確。[解析]本題考查彈簧串并聯(lián)的等效勁度系數(shù)。(2)根據(jù)共點力平衡可知，彈簧的彈力F＝nmg；改變鉤碼的個數(shù)，可獲得多組數(shù)據(jù)求平均值。(3)由圖可知k1＝kA＝eq\f(2.5,0.1)N/m＝25N/m，k2＝kB＝eq\f(F,x)＝eq\f(3.0,0.08)N/m＝37.5N/m，k3＝kC＝eq\f(5.0,0.08)N/m＝62.5N/m，滿足k3＝k1＋k2，故乙同學(xué)猜想正確。第1講磁場及其對電流的作用一、選擇題(本題共9小題，1～6題為單選，7～9題為多選)1．如圖所示是我國最早期的指南儀器——司南，靜止時它的長柄指向南方，是由于地球表面有地磁場。下列與地磁場有關(guān)的說法，正確的是(C)A．地磁場是假想的，客觀上不存在B．地球表面上任意位置的地磁場方向都與地面平行C．通電導(dǎo)線在地磁場中可能不受安培力作用D．運動電荷在地磁場中受到的洛倫茲力可以對運動電荷做正功[解析]本題考查地磁場。地磁場是客觀存在的，磁感線是人們?yōu)榱搜芯糠奖愣傧氤鰜淼?，故A錯誤；磁場是閉合的曲線，地球磁場從地理南極附近發(fā)出，從北極附近進入地球，組成閉合曲線，不是地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行，故B錯誤；當(dāng)通電導(dǎo)線與地磁場平行放置時，導(dǎo)線不受安培力，故C正確；由于洛倫茲力始終與速度方向垂直，所以運動電荷在地磁場中受到的洛倫茲力不做功，故D錯誤。2．(2020·江蘇連云港期末)三根長直導(dǎo)線垂直于紙面放置，通以大小相同、方向如圖所示的電流，且ab＝ad＝ac。導(dǎo)線c產(chǎn)生的磁場在a點的磁感應(yīng)強度大小為B，則a點處的合磁感應(yīng)強度大小為(D)A．eq\r(2)B B．eq\r(3)BC．2B D．eq\r(5)B[解析]本題考查安培定則與磁場的疊加。由安培定則可知，導(dǎo)線b在a點處產(chǎn)生的磁場與導(dǎo)線d在a點處產(chǎn)生的磁場方向相同、大小相等，合磁場方向從a指向c，磁感應(yīng)強度大小為2B；而導(dǎo)線c在a點處產(chǎn)生的磁場方向從a指向中d，磁感應(yīng)強度大小為B。由平行四邊形定則知，a點處的合磁感應(yīng)強度大小為eq\r(2B2＋B2)＝eq\r(5)B，故D正確。3．如圖所示，兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置，通以方向相反大小相等的電流，a、b兩點位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)，則(D)A．b點的磁感應(yīng)強度可能為零B．ef導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里C．cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右D．同時改變兩導(dǎo)線的電流方向，cd導(dǎo)線受到的安培力方向不變[解析]本題考查安培定則、左手定則的應(yīng)用。根據(jù)安培定則，兩平行直導(dǎo)線在b點產(chǎn)生的磁場方向相同，所以b點的磁感應(yīng)強度垂直紙面向外，不可能為零，故A錯誤；根據(jù)安培定則，ef導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，選項B錯誤；根據(jù)同向電流相互吸引，反向電流相互排斥可知，cd導(dǎo)線受到的安培力方向向左，選項C錯誤；同時改變兩導(dǎo)線的電流方向，cd導(dǎo)線受到的安培力依然向左，方向不變，選項D正確。4．教師在課堂上做了兩個小實驗，讓小明同學(xué)印象深刻。第一個實驗叫作“旋轉(zhuǎn)的液體”，在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極，把它們分別與電池的兩極相連，然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體，例如鹽水，如果把玻璃皿放在磁場中，液體就會旋轉(zhuǎn)起來，如圖甲所示。第二個實驗叫作“振動的彈簧”，把一根柔軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸，通電后，發(fā)現(xiàn)彈簧不斷上下振動，如圖乙所示。下列關(guān)于這兩個趣味實驗的說法正確的是(C)A．圖甲中，如果改變磁場的方向，液體的旋轉(zhuǎn)方向不變B．圖甲中，如果改變電源的正負極，液體的旋轉(zhuǎn)方向不變C．圖乙中，如果改變電源的正負極，依然可以觀察到彈簧不斷上下振動D．圖乙中，如果將水銀換成酒精，依然可以觀察到彈簧不斷上下振動[解析]圖甲中，僅僅調(diào)換N、S極位置或僅僅調(diào)換電源的正負極位置，安培力方向肯定改變，液體的旋轉(zhuǎn)方向要改變，選項A、B均錯誤；圖乙中，當(dāng)有電流通過彈簧時，構(gòu)成彈簧的每一圈導(dǎo)線周圍都產(chǎn)生了磁場，各圈導(dǎo)線之間都產(chǎn)生了相互的吸引作用，彈簧就縮短了，當(dāng)彈簧的下端離開水銀后，電路斷開，彈簧中沒有了電流，開始重復(fù)上述過程，可以觀察到彈簧不斷上下振動；如果改變電源的正負極，依然可以觀察到彈簧不斷上下振動；但是如果將水銀換成酒精，酒精不導(dǎo)電，則彈簧將不再上下振動，選項C正確，D錯誤。5．(2021·湖南雅禮中學(xué)月考)如圖所示，菱形線框abcd由四根完全相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定在勻強磁場中，菱形所在平面與磁場方向垂直，現(xiàn)將直流電源E連接在菱形線框的a、c兩點之間，此時導(dǎo)體棒ab所受安培力大小為F，若每根導(dǎo)體棒長度均為L，a、c兩點間距離為1.5L，則菱形線框abcd所受安培力的大小為(C)A．F B．2FC．3F D．4F[解析]本題考查安培力作用下的力的合成。由F＝BIL和題目條件知，導(dǎo)體棒ab和bc串聯(lián)，通過的電流I相等，且長度L和所處位置的磁感應(yīng)強度B也相同，所以兩根導(dǎo)體棒所受安培力大小相等，即Fbc＝Fab＝F，同理可知導(dǎo)體棒ad和dc所受安培力大小相等，即Fad＝Fdc＝F，由左手定則和力的平行四邊形定則可知，ab和bc兩導(dǎo)體棒所受安培力的合力大小為Fac＝1.5F，方向沿線框平面垂直ac而指向d；同理，兩導(dǎo)體棒ab和dc所受安培力的合力也為1.5F，與Fac方向相同，所以菱形線框abcd所受安培力的大小為3F。6．(2020·山東濰坊一模)如圖所示，導(dǎo)體棒ab用絕緣細線水平懸掛，且通有由a到b的電流，ab的正下方放一圓形線圈，導(dǎo)體棒ab與線圈平面平行，線圈通過導(dǎo)線、開關(guān)與直流電源連接。開關(guān)閉合的瞬間，導(dǎo)體棒ab將(B)A．向外擺動B．向里擺動C．保持靜止，細線上張力變大D．保持靜止，細線上張力變小[解析]當(dāng)開關(guān)閉合時，根據(jù)安培定則可以判斷，線圈在通電導(dǎo)線ab處產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，再根據(jù)左手定則可知，ab棒受到的安培力垂直于紙面向里，故導(dǎo)體棒向里擺動，B正確。7．(2021·陜西咸陽模擬)如圖所示，在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時磁鐵對水平面的壓力為FN1?，F(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流瞬間，磁鐵對水平面的壓力變?yōu)镕N2，同時出現(xiàn)其他變化，則以下說法正確的是(BC)A．彈簧長度將變長 B．彈簧長度將變短C．FN1>FN2 D．FN1<FN2[解析]在磁鐵的左上方位置固定一導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流瞬間，由左手定則可判斷出導(dǎo)體棒所受的安培力斜向右下，由牛頓第三定律可知，條形磁鐵所受的安培力斜向左上，因此彈簧長度將變短，磁鐵對水平面的壓力減小，即FN1>FN2，選項B、C正確，A、D錯誤。8．(2020·湖南湘潭一模)全球性“超導(dǎo)熱”的興起，使超導(dǎo)電磁船的制造成為可能。如圖是電磁船的簡化原理圖，MN和CD是與電源相連的兩個電極，MN與CD之間部分區(qū)域有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場(磁場由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生，其獨立電路部分未畫出)，兩電極之間的海水會受到安培力的作用，船體就在海水的反作用力推動下向前駛動，下列說法正確的是(BC)A．要使船前進，圖中MN導(dǎo)體棒應(yīng)接直流電源的正極B．改變電極的正負或磁場方向，可控制船前進或后退C．增大電極間的電流，可增大船航行的速度D．增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，可減小船體的推動力[解析]本題考查電磁驅(qū)動原理。當(dāng)MN接直流電源的正極時，海水中電流方向由MN指向CD，根據(jù)左手定則，海水受到的安培力指向船頭方向，根據(jù)牛頓第三定律可知，船體受到海水指向船尾方向的作用力，故使船體向后運動，選項A錯誤；改變電極的正負或磁場方向，可改變安培力的方向，可控制船前進或后退，選項B正確；增大電極間的電流，根據(jù)安培力公式，增大了安培力(動力)，由牛頓第二定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，選項C正確；增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，由安培力公式F＝BIL可知，可增大船體的推動力，選項D錯誤。9．(2020·北京海淀期末)如圖所示，兩條平行的金屬軌道所構(gòu)成的平面與水平地面的夾角為θ，在兩軌道的頂端之間接有電源和一滑動變阻器，滑動變阻器的滑片處于中點位置，整個裝置處于垂直軌道平面向上的勻強磁場中。一根金屬桿ab垂直放在兩導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合電路，ab桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將滑動變阻器的滑片向N端緩慢滑動，此過程中ab桿始終保持靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法中正確的是(AC)A．金屬桿與軌道之間一定不是光滑的B．金屬桿所受安培力的方向沿斜面向上C．滑片向N端滑動的過程中金屬桿所受安培力變小D．滑片向N端滑動的過程中金屬桿對軌道的壓力變小[解析]導(dǎo)體棒受力平衡，從a端一側(cè)看去，對導(dǎo)體棒受力分析如圖，由左手定則可知導(dǎo)體棒受到的安培力沿斜面向下，金屬桿和軌道之間有摩擦力，故A正確，B錯誤；滑片向N端滑動，電路中電阻增大，電流減小，根據(jù)F安＝BIL可知安培力減小，故C正確；根據(jù)受力分析可知，軌道對金屬桿的支持力始終與重力垂直于斜面的分力大小相等，由牛頓第三定律可知金屬桿對軌道的壓力大小不變，故D錯誤。故選A、C。二、非選擇題10．(2021·成武模擬)如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L＝0.5m，導(dǎo)軌電阻