【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】高中物理 6.2 安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)練習(xí) 魯科版選修31.doc

【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2014-2015學(xué)年高中物理 6.2 安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)練習(xí) 魯科版選修3-1安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)圖6261兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個(gè)光滑的絕緣圓柱體上自由移動(dòng)，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(yùn)動(dòng)情況是 ()a都繞圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)b彼此相向運(yùn)動(dòng)，且具有大小相等的加速度c彼此相向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大d彼此背向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大答案b安培力作用下導(dǎo)體的平衡圖6272如圖627所示，用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)當(dāng)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(chǎng)的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向?yàn)?)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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，應(yīng)使棒平衡時(shí)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(yīng)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(guó)立大學(xué)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(zhǎng)為100 m，通過(guò)的電流為10 a，試求軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 (軌道摩擦不計(jì))答案55 t解析由運(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)方向圖6291把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái)，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(dāng)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(zhǎng)c彈簧上下跳動(dòng)d彈簧仍靜止不動(dòng)答案c解析因?yàn)橥姾?，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(lái)接通電路如此通斷通斷，就上下跳動(dòng)圖62102通有電流的導(dǎo)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(dòng)(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(huì)發(fā)生()a因l2不受磁場(chǎng)力的作用，故l2不動(dòng)b因l2上、下兩部分所受的磁場(chǎng)力平衡，故l2不動(dòng)cl2繞軸o按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)dl2繞軸o按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)答案d解析由右手螺旋定則可知導(dǎo)線l1的上方的磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?，且離導(dǎo)線l1的距離越遠(yuǎn)的地方，磁場(chǎng)越弱，導(dǎo)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(diǎn)的下方磁場(chǎng)較強(qiáng)，則安培力較大，因此l2繞軸o按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，d選項(xiàng)對(duì)圖62113一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈l1和一個(gè)固定的線圈l2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖6211所示的電流時(shí)，從左向右看，則線圈l1將()a不動(dòng) b順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)c逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) d向紙面內(nèi)平動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得l1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是：從左向右看線圈l1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流i2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知i2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上，而l1等效成小磁針后轉(zhuǎn)動(dòng)前，n極應(yīng)指向紙里，因此應(yīng)由向紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈l1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)法三直線電流元法把線圈l1沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無(wú)數(shù)直線電流元，電流元處在l2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，據(jù)安培定則可知各電流元所在處磁場(chǎng)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)故正確答案為b.題組二通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(dǎo)線，當(dāng)直導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時(shí)，磁鐵仍保持靜止下列結(jié)論正確的是()a磁鐵對(duì)水平面的壓力減小b磁鐵對(duì)水平面的壓力增大c磁鐵對(duì)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(xì)桿ab置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)為.有電流時(shí)，ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖(a)所示圖(b)中的四個(gè)側(cè)視圖中，標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是() 答案ab解析選項(xiàng)a中，通電細(xì)桿可能受重力、安培力、導(dǎo)軌的彈力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零當(dāng)安培力變大或變小時(shí)，細(xì)桿有上滑或下滑的趨勢(shì)，于是有靜摩擦力產(chǎn)生選項(xiàng)b中，通電細(xì)桿可能受重力、安培力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零當(dāng)安培力減小時(shí)，細(xì)桿受到導(dǎo)軌的彈力和沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力，也可能處于靜止?fàn)顟B(tài)選項(xiàng)c和d中，通電細(xì)桿受重力、安培力、導(dǎo)軌彈力作用具有下滑趨勢(shì)，故一定受到沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力，如圖所示，所以桿與導(dǎo)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(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由m向n的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為，如果僅改變下列某一個(gè)條件，角的相應(yīng)變化情況是()a棒中的電流變大，角變大b兩懸線等長(zhǎng)變短，角變小c .金屬棒質(zhì)量變大，角變大d磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，角變小答案a圖62147如圖6214所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離l0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.5 t、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)e4.5 v、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻r02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)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(dǎo)體棒受到的安培力f安bil0.30 n.(3)導(dǎo)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(dǎo)軌p、q間的距離l0.5 m，垂直于導(dǎo)軌平面的豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b2 t，垂直于導(dǎo)軌放置的ab棒的質(zhì)量m1 kg，系在ab棒中點(diǎn)的水平繩跨過(guò)定滑輪與重量g3 n的物塊相連已知ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，電源的電動(dòng)勢(shì)e10 v、內(nèi)阻r0.1 ，導(dǎo)軌的電阻及ab棒的電阻均不計(jì)要想ab棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，r應(yīng)在哪個(gè)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(shí)：gmgbi1l0ab棒恰不左滑時(shí)：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(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用圖62169如圖6216所示，在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行，并處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 t，一根質(zhì)量為0.6 kg，有效長(zhǎng)度為2 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒中的電流為5 a時(shí)，金屬棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)金屬棒中的電流突然增大為8 a時(shí)，求金屬棒能獲得的加速度的大小解析當(dāng)金屬棒中的電流為5 a時(shí)，金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)，有i1blf當(dāng)金屬棒中的電流為8 a時(shí)，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(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6217所示炮彈(可視為長(zhǎng)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(huì)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w0.10 m，導(dǎo)軌長(zhǎng)l5.0 m，炮彈質(zhì)量m0.30 kg.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(chǎng)的