2020-2021学年鲁科版物理选修3-1对点练习：6.2-安培力作用下导体的运动.docx

安培力作用下导体的运动图6261两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图626所示的方向通入两铝环，则两环的运动状况是 ()A都绕圆柱体转动B彼此相向运动，且具有大小相等的加速度C彼此相向运动，电流大的加速度大D彼此背向运动，电流大的加速度大答案B安培力作用下导体的平衡图6272如图627所示，用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为()A.tan ，竖直向上 B.tan ，竖直向下C.sin ，平行悬线向下 D.sin ，平行悬线向上答案D解析要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fminmgsin ，即IlBminmgsin ，得Bminsin ，方向应平行于悬线向上故选D.安培力和牛顿其次定律的结合图6283澳大利亚国立高校制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)如图628所示，若轨道宽为2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度 (轨道摩擦不计)答案55 T解析由运动学公式求出加速度a，由牛顿其次定律和安培力公式联立求出B.依据2axvv得炮弹的加速度大小为a m/s25105 m/s2. 依据牛顿其次定律Fma得炮弹所受的安培力Fma2.21035105 N1.1103 N，而FBIL，所以B T55 T.题组一安培力作用下物体的运动方向图6291把一根松软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如图629所示的电路图当开关S接通后，将看到的现象是()A弹簧向上收缩B弹簧被拉长C弹簧上下跳动D弹簧仍静止不动答案C解析由于通电后，线圈中每一圈之间的电流是同向的，相互吸引，线圈就缩短，电路就断开了，一断开没电流了，线圈就又掉下来接通电路如此通断通断，就上下跳动图62102通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图6210所示下列哪种状况将会发生()A因L2不受磁场力的作用，故L2不动B因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动CL2绕轴O按顺时针方向转动DL2绕轴O按逆时针方向转动答案D解析由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面对外，且离导线L1的距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O点的下方磁场较强，则安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D选项对图62113一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2相互绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图6211所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将()A不动 B顺时针转动C逆时针转动 D向纸面内平动答案B解析法一利用结论法环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是：从左向右看线圈L1顺时针转动法二等效分析法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后转动前，N极应指向纸里，因此应由向纸里转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动法三直线电流元法把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成很多直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上，据左手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸里，因此从左向右看线圈L1顺时针转动故正确答案为B.题组二通电导线在磁场中的平衡图62124质量为m的如图6212所示条形磁铁放在水平面上，在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线，当直导线中通以图示方向的电流时，磁铁仍保持静止下列结论正确的是()A磁铁对水平面的压力减小B磁铁对水平面的压力增大C磁铁对水平面施加向左的静摩擦力 D磁铁所受的合外力增加答案BC5质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为.有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图(a)所示图(b)中的四个侧视图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是() 答案AB解析选项A中，通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零当安培力变大或变小时，细杆有上滑或下滑的趋势，于是有静摩擦力产生选项B中，通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零当安培力减小时，细杆受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力，也可能处于静止状态选项C和D中，通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势，故肯定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力肯定不为零图62136如图6213所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为，假如仅转变下列某一个条件，角的相应变化状况是()A棒中的电流变大，角变大B两悬线等长变短，角变小C .金属棒质量变大，角变大D磁感应强度变大，角变小答案A图62147如图6214所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力大小答案见解析解析(1)依据闭合电路欧姆定律I1.5 A.(2)导体棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 N，F1F安，依据平衡条件，mgsin 37FfF安，解得Ff0.06 N.图62158如图6215所示，水平放置的两导轨P、Q间的距离L0.5 m，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B2 T，垂直于导轨放置的ab棒的质量m1 kg，系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G3 N的物块相连已知ab棒与导轨间的动摩擦因数0.2，电源的电动势E10 V、内阻r0.1 ，导轨的电阻及ab棒的电阻均不计要想ab棒处于静止状态，R应在哪个范围内取值？(g取10 m/s2)答案见解析解析依据物体的平衡条件可得，ab棒恰不右滑时：GmgBI1L0ab棒恰不左滑时：GmgBI2L0依据闭合电路欧姆定律可得：EI1(R1r)EI2(R2r)由以上各式代入数据可解得：R19.9 ，R21.9 所以R的取值范围为：19 R9.9 .题组三安培力与牛顿运动定律的综合应用图62169如图6216所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为0.2 T，一根质量为0.6 kg，有效长度为2 m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流突然增大为8 A时，求金属棒能获得的加速度的大小解析当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速运动，有I1BLf当金属棒中的电流为8 A时，金属棒能获得的加速度为a，则I2BLfma联立解得a2 m/s2图621710据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图6217所示炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接开头时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最终从位于导轨另一端的出口高速射出设两导轨之间的距离w0.10 m，导轨长L5.0 m，炮弹质量m0.30 kg.导轨上的电流I的方向如图中箭头所示可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B2.0 T，方向垂直于纸面对里若炮弹出口速度为v2.0103 m/s，求通过导轨的电流I.忽视摩擦力与重力的影响答案6104 A解析在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为FIbw设炮弹的加速度的大小为a，则有因而Fma炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而v22aL联立代入题给数据得：I0.6105 A故通过导轨的电流I6104A.