高中物理《選擇性必修第二冊》課后習題 習題課　安培力的應用

習題課安培力的應用必備知識基礎練1.如圖所示,在固定放置的條形磁鐵S極附近懸掛一個金屬線圈,線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內,當在線圈中通入沿圖示方向流動的電流時,將會看到()A.線圈向左平移B.線圈向右平移C.從上往下看,線圈順時針轉動,同時靠近磁鐵D.從上往下看,線圈逆時針轉動,同時靠近磁鐵2.如圖所示,用天平測量勻強磁場的磁感應強度。下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同,邊長MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化,天平最容易失去平衡的是()3.如圖所示,磁場方向豎直向下,通電直導線ab由水平位置1繞a點在豎直平面內轉到位置2,通電導線所受安培力()A.數(shù)值變大,方向不變B.數(shù)值變小,方向不變C.數(shù)值不變,方向改變D.數(shù)值、方向均改變4.如圖所示,等邊三角形線框LMN由三根相同的導體棒連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應強度方向垂直,線框頂點M、N與直流電源兩端相接。已知導體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力大小為()A.2F B.1.5FC.0.5F D.05.如圖所示,一通電金屬環(huán)固定在絕緣的水平面上,在其左端放置一可繞中點O自由轉動且可在水平方向自由移動的豎直金屬棒,中點O與金屬環(huán)在同一水平面內,當在金屬環(huán)與金屬棒中通有圖中所示方向的電流時,則()A.金屬棒始終靜止不動B.金屬棒的上半部分向紙面外轉,下半部分向紙面里轉,同時靠近金屬環(huán)C.金屬棒的上半部分向紙面里轉,下半部分向紙面外轉,同時靠近金屬環(huán)D.金屬棒的上半部分向紙面里轉,下半部分向紙面外轉,同時遠離金屬環(huán)關鍵能力提升練6.(多選)如圖所示,有兩根用超導材料制成的長直平行細導線a、b,分別通以80A和100A流向相同的電流,兩導線構成的平面內有一點P,到兩導線的距離相等。下列說法正確的是()A.兩導線受到的安培力Fa=125FbB.導線所受安培力可以用F=ILB計算C.移走導線b前后,P點的磁感應強度方向改變D.在兩導線所在的平面內,存在磁感應強度為零的位置7.如圖所示,U形平行金屬導軌與水平面成37°角,金屬桿ab橫跨放在導軌上,其有效長度為0.5m,質量為0.2kg,與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.1?？臻g存在豎直向上的磁感應強度為2T的勻強磁場。已知最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。要使ab桿在導軌上保持靜止,則ab中的電流大小應在什么范圍內?8.如圖所示,電源電動勢為3V,內阻不計,兩個不計電阻的金屬圓環(huán)表面光滑,豎直固定在等長的絕緣細桿上,金屬圓環(huán)環(huán)面平行,相距1m,兩金屬圓環(huán)分別與電源正負極相連?，F(xiàn)將一質量為0.06kg、電阻為1.5Ω的導體棒輕放在金屬圓環(huán)上,導體棒與金屬圓環(huán)有良好電接觸。兩金屬圓環(huán)之間有方向豎直向上、磁感應強度為0.4T的勻強磁場。重力加速度g取10m/s2,當開關閉合后,導體棒沿金屬圓環(huán)上滑到某位置靜止不動。(1)求在此位置上棒對每一個金屬圓環(huán)的壓力大小。(2)若已知金屬圓環(huán)半徑為0.5m,求此位置與金屬圓環(huán)底的高度差。9.載流長直導線周圍磁場的磁感應強度大小為B=kIr,式中常量k>0,I為電流,r為距導線的距離。在水平長直導線MN正下方,矩形線框abcd通以逆時針方向的恒定電流,被兩根等長的輕質絕緣細線靜止地懸掛在MN上,如圖所示。開始時MN內不通電流,此時兩細線內的拉力均為FT0。當MN內電流為I1時,兩細線的拉力均減小為FT1;當MN內電流變?yōu)镮2時,兩細線的拉力均大于FT0(1)分別說出電流I1、I2的方向。(2)求MN內電流分別為I1和I2時,線框受到的安培力F1與F2的大小之比。(3)當MN內的電流為I3時兩細線恰好斷裂,在此瞬間線框的加速度大小為a,已知重力加速度為g,求I3。10.某電子天平原理如圖所示,E形磁鐵的兩側為N極,中心為S極,兩極間的磁感應強度大小均為B,磁極寬度均為L,忽略邊緣效應,一正方形線圈套于中心磁極,其骨架與秤盤連為一體,線圈兩端C、D與外電路連接,當質量為m的重物放在秤盤上時,彈簧被壓縮,秤盤和線圈一起向下運動(骨架與磁極不接觸),隨后外電路對線圈供電,秤盤和線圈恢復到未放重物時的位置并靜止,由此時對應的供電電流I可確定重物的質量。已知線圈匝數(shù)為n,線圈電阻為R,重力加速度為g。(1)供電電流I是從C端還是從D端流入?求重物質量與電流的關系。(2)若線圈消耗的最大功率為P,求該電子天平能稱量的最大質量。答案：1.C把通電線圈等效成小磁針,等效小磁針的N極垂直于紙面向外,根據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引可知,從上往下看,線圈順時針轉動,同時靠近磁鐵,C正確。2.A由安培力F=BIL可知,線圈在磁場中的有效長度越大,天平越容易失去平衡,故A正確。3.B安培力F=BIL,電流不變,垂直直導線的有效長度減小,安培力減小,安培力的方向總是垂直B、I所構成的平面,所以安培力的方向不變,B正確。4.B導體棒MN受到的安培力為F=BIl。根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點可知,導體棒ML與LN的電阻之和是導體棒MN電阻的2倍,導體棒MN的電流是導體棒ML與LN電流的2倍,導體棒處在同一磁場中,導體棒ML與LN的有效長度與導體棒MN相同,導體棒ML與LN受到安培力的合力為0.5F。根據(jù)左手定則,導體棒ML與LN受到安培力的合力方向與導體棒MN受到的安培力方向相同,線框LMN受到安培力的合力為1.5F,故選B。5.B由通電金屬環(huán)產生的磁場特點可知,其在金屬棒的上半部分產生有水平向左的磁場分量,由左手定則可判斷金屬棒上半部分受到方向垂直紙面向外的安培力,故向紙面外轉;同理可判斷金屬棒的下半部分向紙面里轉。當金屬棒轉動到平行水平面時,由同向電流相吸,反向電流相斥可知,金屬棒在靠近金屬環(huán),B正確。6.BCD兩導線受到的安培力是相互作用力,大小相等,故A錯誤;因為磁場與導線垂直,導線所受的安培力可以用F=ILB計算,故B正確;移走導線b前,導線b電流較大,P點磁場方向與導線b產生的磁場方向相同,垂直紙面向里,移走導線b后,P點磁場方向與導線a產生的磁場方向相同,垂直紙面向外,故C正確;在兩導線所在的平面內,由磁場疊加可知,存在磁感應強度為零的位置,故D正確。7.答案1.21A≤I≤1.84A解析先畫出金屬桿受力的側面圖,由于安培力的大小與電流有關,因此改變電流的大小,可以改變安培力的大小,也可以使導線所受的摩擦力方向發(fā)生變化。由平衡條件可知,當電流較小時,導線所受的摩擦力方向沿斜面向上,如圖甲所示。則mgsinθ=μ(mgcosθ+F1sinθ)+F1cosθ又F1=BI1L,解得I1=mgBLsinθ-μcos當電流較大時,導線所受的摩擦力方向沿斜面向下,如圖乙所示。則mgsinθ+μ(mgcosθ+F2sinθ)=F2cosθ又F2=BI2L,解得I2=mgBLsinθ+μcos所以1.21A≤I≤1.84A。8.答案(1)0.5N(2)0.2m解析(1)導體棒受的安培力F=BIL,棒中電流為I=E代入數(shù)據(jù)解得F=BELR=0.8對導體棒受力分析如圖所示(從右向左看)兩金屬圓環(huán)支持力的總和為2FN=F代入數(shù)據(jù)解得FN=0.5N由牛頓第三定律知,導體棒對每一個金屬圓環(huán)的壓力為0.5N。(2)由圖中幾何關系有tanθ=Fmg=43,則棒距環(huán)底的高度為h=r(1-cosθ)=0.2m。9.答案(1)I1方向向左I2方向向右(2)I1∶I2(3)(a-解析(1)MN內電流為I1時,兩細線的拉力減小,線框所受安培力方向向上,由左手定則可知,I1方向向左,同理可知,I2方向向右。(2)當MN中電流為I時,線框受到的安培力大小為F=kIiL1式中r1、r2分別為ab、cd與MN的間距,i為線框中的電流,L為ab、cd的長度所以F1∶F2=I1∶I2。(3)設MN中電流為I3時,線框受到的安培力大小為F3,由題