《2018-2019學年高中物理 第3章 磁場 專題突破與題型專練 安培力的綜合應(yīng)用練習 新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中物理 第3章 磁場 專題突破與題型專練 安培力的綜合應(yīng)用練習 新人教版選修3-1（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題突破與題型專練　安培力的綜合應(yīng)用 題型一:安培力作用下的平衡問題 1.如圖所示,長為L的通電直導體棒放在光滑水平絕緣軌道上,勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧一端固定,另一端拴在棒的中點,且與棒垂直,整個裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,彈簧伸長x,棒處于靜止狀態(tài).則(　B　) A.導體棒中的電流方向從b流向a B.導體棒中的電流大小為 C.若只將磁場方向緩慢順時針轉(zhuǎn)過一小角度,x變大 D.若只將磁場方向緩慢逆時針轉(zhuǎn)過一小角度,x變大 解析:由于彈簧伸長x,根據(jù)胡克定律可得kx=BIL,則有I=,選項B正確;由于彈簧伸長,則安培力方向水平向右,由左手定則可得,導體棒

2、中的電流方向從a流向b,選項A錯誤;若只將磁場方向緩慢順時針轉(zhuǎn)過一小角度,則方向水平向右的安培力也順時針轉(zhuǎn)動一小角度,根據(jù)力的分解與平衡可得,彈力變小,導致x變小,選項C錯誤;若只將磁場方向緩慢逆時針轉(zhuǎn)過一小角度,則方向水平向右的安培力也逆時針轉(zhuǎn)動一小角度,根據(jù)力的分解與平衡可得,彈力變小,導致x變小,選項D錯誤. 2.(2018·四川資陽高二檢測)(多選)如圖所示,一根重力G=0.1 N、長L=1 m的質(zhì)量分布均勻的導體ab,在其中點彎成θ=60°角,將此導體放入勻強磁場中,導體兩端a,b懸掛于兩相同的彈簧下端,彈簧均為豎直狀態(tài),當導體中通過I=1 A的電流時,兩根彈簧比原長各縮短了Δx=

3、0.01 m,已知勻強磁場的方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強度的大小B=0.4 T,則(　AC　) A.導體中電流的方向為b→a B.每根彈簧的彈力大小為0.10 N C.彈簧的勁度系數(shù)k=5 N/m D.若導體中不通電流,則彈簧伸長0.02 m 解析:當導體中通過I=1 A的電流時,兩根彈簧比原長縮短,安培力方向向上,由左手定則,導體中電流的方向為b→a,選項A正確;通電后,導體棒的有效長度L有==0.5 m,受到的安培力FA=IL有B=1×0.5× 0.4 N=0.2 N,據(jù)受力分析G+2F=FA,解得F=0.05 N,每根彈簧的彈力大小為0.05 N,選項B錯誤;據(jù)F=kΔx解

4、得k=5 N/m,選項C正確;若導體中不通電流,則G=2F2,F2=kΔx2,解得Δx2=0.01 m,彈簧伸長0.01 m,選項D錯誤. 3.(多選)如圖所示,兩根間距為d的平行光滑金屬導軌間接有電源,電動勢為E,滑動變阻器為R,導軌平面與水平面間的夾角θ=30°.金屬桿ab垂直于導軌放置,導軌與金屬桿接觸良好,整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,當磁場方向垂直導軌平面向上時,金屬桿ab剛好處于靜止狀態(tài).要使金屬桿能沿導軌向上運動,可以采取的措施是(　AB　) A.增大磁感應(yīng)強度B B.調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流增大 C.增大導軌平面與水平面間的夾角θ D.將電源正負極對調(diào)使金屬

5、桿中的電流方向改變 解析:對金屬桿受力分析,金屬桿所受的安培力F安=BIL=,沿導軌平面向上,金屬桿所受重力在導軌平面上的分力大小為mgsin θ;當金屬桿ab剛好處于靜止狀態(tài)時,此時金屬桿受力平衡,即F安-mgsin θ=0,若想讓金屬桿向上運動,則應(yīng)使F安增大,在θ不變的情況下,可考慮增大磁感應(yīng)強度B或者電流I,選項A,B正確;若增大夾角θ, mgsin θ增大,可知金屬桿向下滑動,選項C錯誤;若電流反向,則金屬桿受到的安培力反向,金屬桿所受合力沿導軌向下,金屬桿將沿導軌向下運動,選項D錯誤. 4.(2018·廊坊高二質(zhì)檢)如圖所示,電源電動勢E=4 V,r=0.5 Ω,豎直導軌電阻

6、可忽略,金屬棒的質(zhì)量m=0.1 kg,R=0.5 Ω,它與導軌的動摩擦因數(shù)為μ=0.6,有效長度為0.5 m,靠在導軌的外面,為使金屬棒不下滑,施一與紙面夾角為60°且與導線垂直向外的磁場, (g=10 m/s2)求: (1)此磁場是斜向上還是斜向下? (2)B的范圍是多少? 解析:以靜止的金屬棒為研究對象,受力側(cè)視圖如圖所示.要使金屬棒靜止,通電金屬棒所受安培力一定要有向左的分量,由左手定則可知磁場方向應(yīng)斜向上,根據(jù)平衡條件,若摩擦力方向向上,則 B1ILsin 60°+μB1ILcos 60°=mg 若摩擦力方向向下,則B2ILsin 60°-μB2ILcos 60°=mg

7、 電流為I==4 A,代入數(shù)據(jù)解得B1=0.4 T,B2=0.9 T. B的范圍為0.4 T≤B≤0.9 T 答案:(1)斜向上　(2)0.4 T≤B≤0.9 T 題型二:安培力作用下的非平衡問題 1.(2018·西安高二期中)如圖所示,兩平行導軌ab,cd豎直放置在勻強磁場中,勻強磁場方向豎直向上,將一根金屬棒PQ放在導軌上使其水平且始終與導軌保持良好接觸.現(xiàn)在金屬棒PQ中通以變化的電流I,同時釋放金屬棒PQ使其運動.已知電流I隨時間的關(guān)系為I=kt(k為常數(shù),k>0),金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)一定.以豎直向下為正方向,則下面關(guān)于金屬棒PQ的速度v、加速度a隨時間變化的關(guān)系圖

8、像中,可能正確的是(　B　) 解析:因為開始加速度方向向下,與速度方向相同,做加速運動,加速度逐漸減小,即做加速度逐漸減小的加速運動,然后加速度方向向上,加速度逐漸增大,做加速度逐漸增大的減速運動,故選項B正確,A錯誤;根據(jù)牛頓第二定律得,金屬棒的加速度a=,Ff=μFN=μFA= μBIL=μBLkt,聯(lián)立解得加速度a=g-t,故選項C,D錯誤. 2.(多選)如圖(甲)所示,兩根光滑平行導軌水平放置,間距為L,其間有豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B.垂直于導軌水平對稱放置一根均勻金屬棒.從t=0時刻起,棒上有如圖(乙)所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖(甲)中所

9、示方向為電流正方向.則金屬棒(　ABC　) A.一直向右移動 B.速度隨時間周期性變化 C.受到的安培力隨時間周期性變化 D.受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功 解析:由左手定則可知,金屬棒一開始向右加速運動,當電流反向以后,金屬棒開始減速,經(jīng)過一個周期速度變?yōu)?,然后重復上述運動,選項A,B正確;安培力F=BIL,由圖像可知前半個周期向右,后半個周期向左,不斷重復,選項C正確;一個周期內(nèi),金屬棒初、末速度相同,由動能定理可知安培力在一個周期內(nèi)不做功,選項D錯誤. 3.(多選)如圖所示,在豎直向下的恒定勻強磁場中有一光滑絕緣的圓軌道,一重為G的金屬導體MN垂直于軌道橫截面水平放置,

10、在導體中通入電流I,使導體在安培力的作用下以恒定的速率v從A點運動到C點,設(shè)導體所在位置的軌道半徑與豎直方向的夾角為θ,安培力的瞬時功率為P,則從A到C的過程中,下列有關(guān)說法正確的是(　BD　) A.電流方向從N指向M B.I∝tan θ C.P∝cos θ D.P∝sin θ 解析:由于安培力方向始終水平向左,根據(jù)左手定則知電流方向從M指向N,選項A錯誤;因為導體做勻速圓周運動,所以有Gsin θ= F安cos θ=ILBcos θ,故I=tan θ, 即I∝tan θ,選項B正確;又P=F安vcos θ=Gvsin θ, 所以P∝sin θ,選項C錯誤

11、,D正確. 4.如圖所示,水平放置的光滑的金屬導軌M,N,平行地置于勻強磁場中,間距為d,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,方向與導軌平面夾為α,金屬棒ab的質(zhì)量為m,放在導軌上且與導軌垂直.電源電動勢為E,定值電阻為R,其余部分電阻不計則當開關(guān)閉合的瞬間,棒ab的加速度為 多大? 解析:由題意知,開關(guān)閉合時,導體棒中通過的電流方向是從a到b,根據(jù)左手定則知,導體棒受到的安培力方向如圖所示. 因為導體棒受三個力作用下在水平方向運動,故導體棒在豎直方向所受合力為0, 由題意得F=BId, 則導體棒所受的合力為F合=F合x=Fsin α, 根據(jù)牛頓第二定律,棒產(chǎn)生的加速度為a=,

12、在電路中,根據(jù)閉合電路歐姆定律有I=, 所以導體棒產(chǎn)生的加速度為 a==. 答案: (教師備用) 1.(2018·順德高二檢測)如圖所示,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θ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(yīng)強度的大小、方向為(　D　) A.tan θ,豎直向上 B.tan θ,豎直向下 C.sin θ,平行懸線向下 D.sin θ,平行懸線向上 解析:金屬棒受重力mg、金屬絲拉力FT和磁場的安培力F安,當磁場方向不同時,mg不變,FT,F安不

13、同,三力關(guān)系如圖所示,由此可知,安培力方向與金屬絲垂直時最小,其最小值為Fmin=mgsin θ,即IlBmin=mgsin θ,得Bmin=sin θ,由左手定則可知磁場方向應(yīng)平行于懸線向上.選項D正確. 2.(多選)如圖所示,傾斜導軌寬為L,與水平面成α角,處在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,金屬桿ab水平放在光滑導軌上.當回路中電流為I時,金屬桿ab所受安培力F,斜面的支持力為FN,則(　BD　) A.安培力方向垂直ab桿沿斜面向上 B.安培力方向垂直ab桿水平向右 C.FN=BILcos α D.FN= 解析:畫出傾斜導軌和ab桿的二維視圖(如圖所示),

14、 由左手定則判斷出安培力方向水平向右,大小F=BIL, 由共點力平衡求得FN=, 選項B,D正確. 3.(2018·牡丹江高二質(zhì)檢)如圖所示,兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上,但能自由移動,若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流,則它們的運動情況是(　C　) A.都繞圓柱轉(zhuǎn)動 B.以不等的加速度相向運動 C.以相等的加速度相向運動 D.以相等的加速度相背運動 解析:由安培定則和左手定則可知,同向環(huán)形電流間相互吸引,雖然兩電流大小不等,但兩線圈間相互作用力大小相等,因此加速度大小相等,方向相向,所以選項C正確. 4.音圈電機是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動機.

15、如圖是某音圈電機的原理示意圖,它由一對正對的磁極和一個正方形剛性線圈構(gòu)成,線圈邊長為L,匝數(shù)為n,磁極正對區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度方向垂直于線圈平面豎直向下,大小為B,區(qū)域外的磁場忽略不計.線圈左邊始終在磁場外,右邊始終在磁場內(nèi),前后兩邊在磁場內(nèi)的長度始終相等.某時刻線圈中電流從P流向Q,大小為I. (1)求此時線圈所受安培力的大小和方向; (2)若此時線圈水平向右運動的速度大小為v,求安培力的功率. 解析:(1)由安培力的計算公式F=BIL及左手定則可知,線圈前后兩邊受到的安培力等大反向,合力為零,左邊不受安培力,右邊所受安培力大小為F=nBIL,方向水平向右, 故線圈所受安培力F=nBIL,方向水平向右; (2)由功率公式P=Fv 得安培力的功率P=nBILv. 答案:(1)nBIL　水平向右　(2)nBILv 8