20192020高中物理 第三章 磁场 习题课安培力的应用练习含解析新人教版选修31.doc

安培力的应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.
固定导线c垂直纸面,可动导线ab通以如图方向的电流,用测力计悬挂在导线c的上方,导线c 中通电时,以下判断正确的是( )
A.导线a端转向纸外,同时测力计读数减小
B.导线a端转向纸外,同时测力计读数增大
C.导线b端转向纸里,同时测力计读数减小
D.导线b端转向纸里,同时测力计读数增大
解析电流c产生的磁场在右边平行纸面斜向左,在左边平行纸面斜向下,在ab左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向外,右边的电流元所受安培力方向向内,知ab导线逆时针方向(从上向下看)转动。

当ab导线转过90°后,两电流为同向电流,相互吸引。

导致弹簧测力计的读数变大。

故B正确,A、C、D错误。

答案B
2.把一根柔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,并使它组成如图所示的电路图。

当开关S闭合后,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
解析因为通电后,线圈中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,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。

答案C
3.
如图所示,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θ,如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( )
A.棒中的电流变大,θ角变大
B.两悬线等长变短,θ角变小
C.金属棒质量变大,θ角变大
D.磁感应强度变大,θ角变小
答案A
4.
将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来,在其附近放一条形磁铁,磁铁的轴线与圆环在同一个平面内,且通过圆环中心,如图所示,当圆环中通以顺时针方向的电流时,从上往下看( )
A.圆环顺时针转动,靠近磁铁
B.圆环顺时针转动,远离磁铁
C.圆环逆时针转动,靠近磁铁
D.圆环逆时针转动,远离磁铁
解析该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁铁,N极在内,S极在外,根据同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,可得C项正确。

答案C
5.
(多选)如图所示,在水平桌面上放置一个条形磁铁,在它的正中央上方固定一根直导线,导线与磁铁垂直。

若给导线通以垂直于纸面向里的电流,则( )
A.磁铁对桌面的压力增大
B.磁铁对桌面的压力减小
C.桌面对磁铁没有摩擦力
D.磁铁所受的合力不变
解析根据左手定则,导线受磁铁的作用力的方向竖直向上,由牛顿第三定律知,导线对磁铁的反作用力的方向竖直向下,故磁铁对桌面的压力增大,磁铁所受的合力仍为零,桌面对磁铁没有摩擦力,选项A、C、D正确。

答案ACD
6.
如图所示,在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源,在相距1 m的平行导轨上放一重3 N的金属棒ab,棒上通以3 A的电流,磁场方向竖直向上,这时棒恰好静止,求:
(1)匀强磁场的磁感应强度。

(2)ab棒对导轨的压力。

解析导体ab处于静止状态,则其处于受力平衡状态,所以沿斜面方向有:mgsin 60°=FAcos 60°,垂直于斜面方向有:FN=mgcos 60°+FAsin 60°,式中FA=BIL,由以上三式可得B= T,FN=6 N。

答案(1) T (2)6 N
7.
澳大利亚国立大学制成了能把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)
解析根据2ax=得炮弹的加速度大小为a= m/s2=5×105 m/s2。

根据牛顿第二定律F=ma得炮弹所受的安培力F=ma=2.2×10-3×5×105 N=1.1×103 N。

根据安培力公式F=ILB,得B= T=55 T。

答案55 T
能力提升
1.
如图所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图所示。

当圆盘高速绕中心轴OO'转动时,通电直导线所受磁场力的方向是( )
A.竖直向上
B.竖直向下
C.水平向里
D.水平向外
解析带负电荷的橡胶盘顺时针转动,形成逆时针方向的电流,由安培定则得圆盘转动产生的磁场方向竖直向上,再由左手定则判断得通电直导线所受磁场力方向水平向里。

答案C
2.
根据磁场对电流会产生作用力的原理,人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮,其原理如图所示,把待发炮弹(导体)放置在匀强磁场中的两平行导轨上,给导轨通以大电流,使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动,并以某一速度发射出去,现要提高电磁炮的发射速度,你认为下列方案在理论上可行的是( )
A.减小电流I的值
B.增大磁感应强度B的值
C.减小磁感应强度B的值
D.改变磁感应强度B的方向,使之与炮弹前进方向平行
解析炮弹受到安培力作用而在导轨上做匀加速运动,根据动能定理得Fs=mv2,又知F=BIL,故BILs=mv2,其中B为磁感应强度,I为电流,L为平行导轨宽度,s为导轨长度,要增大v,则需要增大I或B,A、C错误,B正确;若改变磁感应强度B的方向,使之与炮弹前进方向平行,则安培力为零,D错误。

答案B
3.
(多选)质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,导体棒ab与导轨间的动摩擦因数为μ。

有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图所示。

图中的四个侧视图中,标出了四种可能的匀强磁场方向,其中导体棒ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )
解析选项A中,当mgsin θ=BILcos θ时,通电导体棒受到重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态,如图甲所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力为零。

当安培力变大或变小时,导体棒有上滑或下滑的趋势,于是有静摩擦力产生。

选项B中,当mg=BIL时,通电导体棒受到重力、安培力作用处于静止状态,如图乙所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力为零。

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,通电导体棒受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势,故一定受到沿导轨向上的静摩擦力,如图丙、丁所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力一定不为零。

答案AB
4.(多选)如图所示,条形磁铁放在桌面上,一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,导线保持与磁铁垂直,导线的通电方向如图所示。

这个过程中磁铁保持静止,则( )
A.磁铁受到的摩擦力方向由向左变为向右
B.磁铁受到的摩擦力方向由向右变为向左
C.磁铁对桌面的压力大小总是大于其重力
D.磁铁对桌面的压力大小总是等于其重力
解析首先磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极,是曲线,直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,电流的受力由左上方变为正上方再变为右上方,根据牛顿第三定律磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方,磁铁静止不动,所以所受摩擦力方向由向左变为向右,B正确;磁铁对桌面的压力大小总是大于其重力,选项C正确。

答案BC
5.
(多选)如图所示,一根通电的直导体放在倾斜的粗糙斜面上,置于图示方向的匀强磁场中,处于静止状态。

现增大电流,导体棒仍静止,则在增大电流过程中,导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是( )
A.一直增大
B.先减小后增大
C.先增大后减小
D.始终为零
解析若F安<mgsin α,因安培力向上,则摩擦力向上,当F安增大时,F摩减小到零,再向下增大,B 对,C、D错;若F安>mgsin α,摩擦力向下,随F安增大而一直增大,A对。

答案AB
6.如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离L=0.5 m,垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=2 T,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1 kg,系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重力G=3 N的物块相连。

已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,电源的电动势E=10 V、内阻r=0.1 Ω,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)
解析依据物体的平衡条件可得
ab棒恰不右滑时
G-μmg-BI1L=0
ab棒恰不左滑时G+μmg-BI2L=0
依据闭合电路欧姆定律可得
E=I1(R1+r)
E=I2(R2+r)
由以上各式代入数据可解得R1=9.9 Ω,R2=1.9 Ω
所以R的取值范围为
1.9 Ω≤R≤9.9 Ω。

答案1.9 Ω≤R≤9.9 Ω。