2019_2020学年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3_1.docx

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.‎ 6‎ 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 6‎ 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=‎3‎ T,FN=6 N。‎ 答案(1)‎3‎ 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=vt‎2‎‎-‎v‎0‎‎2‎得炮弹的加速度大小为a=vt‎2‎‎2x‎=‎‎(10×1‎‎0‎‎3‎‎)‎‎2‎‎2×100‎ 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=FIL‎=‎‎1.1×1‎‎0‎‎3‎‎10×2‎ 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(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 6‎ 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=‎1‎‎2‎mv2,又知F=BIL,故BILs=‎1‎‎2‎mv2,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(　　)‎ 6‎ 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.‎ 6‎ ‎(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,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 6‎