新教材2024-2025學(xué)年高中物理第1章安培力與洛倫茲力習(xí)題課安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)分層作業(yè)魯科版選擇性必修第二冊(cè)

習(xí)題課:安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)A級(jí)必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.固定導(dǎo)線c垂直紙面,可動(dòng)導(dǎo)線ab通以如圖方向的電流,用測(cè)力計(jì)懸掛在導(dǎo)線c的上方,導(dǎo)線c中通電時(shí),以下推斷正確的是()A.導(dǎo)線a端轉(zhuǎn)向紙外,同時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)減小B.導(dǎo)線a端轉(zhuǎn)向紙外,同時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)增大C.導(dǎo)線a端轉(zhuǎn)向紙里,同時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)減小D.導(dǎo)線a端轉(zhuǎn)向紙里,同時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)增大2.將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來,在其旁邊放一條形磁鐵,磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi),且通過圓環(huán)中心,如圖所示,當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí),從上往下看()A.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),靠近磁鐵B.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),遠(yuǎn)離磁鐵C.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),靠近磁鐵D.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),遠(yuǎn)離磁鐵3.(2024河北石家莊期末)如圖所示,一條形磁鐵放在水平桌面上,在條形磁鐵的左上方固定一根與磁場(chǎng)垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線,當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時(shí)()A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小,且受到向左的摩擦力作用B.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小,且受到向右的摩擦力作用C.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大,且受到向左的摩擦力作用D.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大,且受到向右的摩擦力作用4.如圖所示,空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩根相同的通電直導(dǎo)線P和Q用相同的絕緣細(xì)線懸掛在水平天花板下,導(dǎo)線中通有圖示方向的電流時(shí),兩根細(xì)繩恰好與天花板垂直,則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向可能是()A.水平向右 B.水平向左C.豎直向上 D.豎直向下5.如圖所示,三根長(zhǎng)直導(dǎo)線的豎直剖面圖在空間構(gòu)成等邊三角形,B在A的正下方,導(dǎo)線中通有大小相等、方向垂直紙面對(duì)里的電流,導(dǎo)線C位于水平面上并處于靜止?fàn)顟B(tài),則關(guān)于導(dǎo)線C的受力狀況正確的是()A.受到的支持力大于重力B.受到的支持力小于重力C.受到的摩擦力水平向右D.受到的摩擦力水平向左6.(多選)質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度為d,導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。有電流時(shí),ab恰好在導(dǎo)軌上靜止,如圖所示。圖中的四個(gè)側(cè)視圖中,標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向,其中導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是()7.如圖所示,一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd,bc邊長(zhǎng)為l,線框的下半部分處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與線框平面垂直(在圖中垂直于紙面對(duì)里),線框中通以電流I,方向如圖所示,起先時(shí)線框處于平衡狀態(tài)。令磁場(chǎng)反向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B,線框達(dá)到新的平衡,則在此過程中線框位移的大小Δx及方向是()A.Δx=2nBIlB.Δx=2nBIlC.Δx=nBIlkD.Δx=nBIlkB級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練8.(多選)如圖所示,在光滑的水平桌面上,a和b是兩條固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線,通過的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間,通有順時(shí)針方向的電流,在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是()A.均向左 B.均向右C.a的向左,b的向右 D.a的向右,b的向左9.某同學(xué)想利用“電磁彈簧秤”測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖所示。一長(zhǎng)為l的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的、勁度系數(shù)均為k的彈簧水平懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里,彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關(guān)S與一電動(dòng)勢(shì)為E的電源相連,回路總電阻為R。開關(guān)S斷開時(shí),金屬棒處于平衡狀態(tài),彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度為x0;閉合開關(guān)S,金屬棒再次處于平衡狀態(tài)時(shí),彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度為x。重力加速度為g,則金屬棒的質(zhì)量m=,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=。

10.如圖所示,水平放置的兩導(dǎo)軌P、Q間的距離l=0.5m,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B=2T,垂直于導(dǎo)軌放置的ab棒的質(zhì)量m=1kg,系在ab棒中點(diǎn)的水平繩跨過定滑輪與重力G=3N的物塊相連。已知ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,電源的電動(dòng)勢(shì)E=10V、內(nèi)阻r=0.1Ω,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10m/s2)11.水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ,它們之間的寬度為l,M和P之間接入電動(dòng)勢(shì)為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)?，F(xiàn)垂直于導(dǎo)軌放置一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab,并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與水平面夾角為θ且指向右上方,如圖所示,問:(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí),受到的支持力和摩擦力各為多大?(2)若B的大小和方向均能變更,則要使ab棒所受支持力為零,B的大小至少為多少?此時(shí)B的方向如何?

習(xí)題課:安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)1.B電流c產(chǎn)生的磁場(chǎng)在右邊平行紙面斜向左上,在左邊平行紙面斜向左下,在ab左右兩邊各取一電流元,依據(jù)左手定則,左邊的電流元所受的安培力方向向外,右邊的電流元所受安培力方向向內(nèi),知ab導(dǎo)線逆時(shí)針方向(從上向下看)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)ab導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時(shí),兩電流為同向電流,相互吸引,測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變大。故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.C該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)垂直于紙面的小磁鐵,N極在內(nèi),S極在外,依據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引,可得C項(xiàng)正確。3.C依據(jù)條形磁鐵磁感線分布狀況得到長(zhǎng)直導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)方向,再依據(jù)左手定則推斷安培力方向,如圖所示,依據(jù)牛頓第三定律,電流對(duì)磁體的作用力向右下方;選取磁鐵為探討對(duì)象,磁鐵始終靜止,依據(jù)平衡條件,可知通電后桌面對(duì)磁鐵的支持力變大,磁鐵受到桌面的靜摩擦力方向水平向左,依據(jù)牛頓第三定律,磁鐵對(duì)桌面的壓力增大。故C正確。4.D由導(dǎo)線處于平衡狀態(tài),對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行受力分析,由于反向電流相互排斥,則Q導(dǎo)線對(duì)P導(dǎo)線的力水平向左,P導(dǎo)線對(duì)Q導(dǎo)線的力水平向右,要使兩根導(dǎo)線均處于平衡狀態(tài),則外加磁場(chǎng)對(duì)P導(dǎo)線有水平向右的分力,對(duì)Q導(dǎo)線有水平向左的分力,由左手定則可推斷出外加磁場(chǎng)的方向可能豎直向下,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。5.C如圖所示,導(dǎo)線A、B中的電流在C處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為B1、B2,依據(jù)平行四邊形定則,結(jié)合幾何關(guān)系,則有BC的方向豎直向下;再由左手定則可知,導(dǎo)線C所受的安培力方向水平向左,由于導(dǎo)線C位于水平面處于靜止?fàn)顟B(tài),所以導(dǎo)線C受到的靜摩擦力方向水平向右;在豎直方向由平衡條件可得導(dǎo)線C所受支持力與其重力平衡,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。6.AB選項(xiàng)A中,當(dāng)mgsinθ=BIlcosθ時(shí),通電導(dǎo)體棒受到重力、安培力、導(dǎo)軌的彈力作用處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖甲所示,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的摩擦力為零。當(dāng)安培力變大或變小時(shí),導(dǎo)體棒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,當(dāng)mg=BIl時(shí),通電導(dǎo)體棒受到重力、安培力作用處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖乙所示,所以導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的摩擦力為零。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,通電導(dǎo)體棒受重力、安培力、導(dǎo)軌彈力作用具有下滑趨勢(shì),故肯定受到沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力,如圖丙、丁所示,所以導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的摩擦力肯定不為零。7.B線框在磁場(chǎng)中受重力、安培力、彈簧彈力處于平衡狀態(tài),安培力為nBIl,且起先時(shí)方向向上,變更磁場(chǎng)方向后安培力方向向下,大小不變。設(shè)在磁場(chǎng)反向之前彈簧的伸長(zhǎng)量為x,則磁場(chǎng)反向之后彈簧的伸長(zhǎng)量為(x+Δx),由平衡條件知kx+nBIl=mg,k(x+Δx)=nBIl+mg,聯(lián)立解得Δx=2nBIl8.CD若a、b電流方向均向左,依據(jù)安培定則以及磁場(chǎng)的疊加知,在線框上邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外,在線框下邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,依據(jù)左手定則知,線框上邊所受的安培力方向向下,下邊所受的安培力方向向下,則線框不能處于靜止?fàn)顟B(tài),故A錯(cuò)誤;若a、b電流方向均向右,依據(jù)安培定則以及磁場(chǎng)的疊加知,在線框上邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,在線框下邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外,依據(jù)左手定則知,線框上邊所受的安培力方向向上,下邊所受的安培力方向向上,則線框不能處于靜止?fàn)顟B(tài),故B錯(cuò)誤;若電流方向a的向左,b的向右,依據(jù)安培定則以及磁場(chǎng)的疊加知,在線框上邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外,在線框下邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外,依據(jù)左手定則知,線框上邊所受的安培力方向向下,下邊所受的安培力方向向上,線框可以處于靜止?fàn)顟B(tài),故C正確;若電流方向a的向右,b的向左,依據(jù)安培定則以及磁場(chǎng)的疊加知,在線框上邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,在線框下邊所在處的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,依據(jù)左手定則知,線框上邊所受的安培力方向向上,下邊所受的安培力方向向下,線框可以處于靜止?fàn)顟B(tài),D正確。9.解析斷開S時(shí),由ab棒受力平衡可知mg=2kx0,得m=2kx0g;閉合開關(guān)S時(shí),由左手定則可知,ab棒所受安培力向上,依據(jù)ab棒受力平衡可知2kx+BIL=mg,其中I=E答案210.解析依據(jù)物體的平衡條件可得ab棒恰不右滑時(shí)G-μmg-BI1l=0ab棒恰不左滑時(shí)G+μmg-BI2l=0依據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)由以上各式代入數(shù)據(jù)可解得R1=9.9Ω,R2=1.9Ω所以R