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2019-2020年高中物理习题课五安培力的综合应用课时训练含解析教科版选修
1.xx·成都高二质检如图所示直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离其中直导线固定线圈可自由运动当同时通有图示方向电流时从左向右看线圈将 D A.不动B.顺时针转动同时靠近导线C.逆时针转动同时离开导线D.逆时针转动同时靠近导线解析:由安培定则可知直线电流ab的磁场在其右方方向垂直纸面向里利用等效法将自由移动的环形电流看成小磁针其N极将转向纸面向里选项AB错误;用线圈平面转到趋近纸面时的特殊位置分析由结论法同向电流相吸异向电流相斥可知线圈靠近导线.选项D正确C错误.
2.如图所示用绝缘细线悬挂一个导线框导线框是由两同心半圆弧导线和直导线abcdabcd在同一条水平直线上连接而成的闭合回路导线框中通有图示方向的电流处于静止状态.在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P.当P中通以方向向外的电流时 D A.导线框将向左摆动B.导线框将向右摆动C.从上往下看导线框将顺时针转动D.从上往下看导线框将逆时针转动解析:当直导线P中通以方向向外的电流时由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向磁感线是以P为圆心的同心圆半圆弧导线与磁感线平行不受安培力由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外cd所受的安培力方向垂直纸面向里从上往下看导线框将逆时针转动选项D正确.
3.xx·聊城高二检测如图所示PQ和MN为水平平行放置的金属导轨相距L=1m.PM间接有一个电动势为E=6V内阻r=1Ω的电源和一只滑动变阻器.导体棒ab跨放在导轨上棒的质量为m=
0.2kg棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连物体的质量M=
0.3kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ=
0.5设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等导轨与棒的电阻不计g取10m/s2匀强磁场的磁感应强度B=2T方向竖直向下为了使物体保持静止滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是 A A.6ΩB.5ΩC.4ΩD.2Ω解析:据题意当棒受到的摩擦力向左且最大时有F+f=Mg由于f=μN=μmg=1N得安培力为F=2N则F=BLI=BL可得R=5Ω.当摩擦力向右且最大时有Mg+f=BLI=BL得R′=2Ω故滑动变阻器阻值范围是2Ω至5Ω故选项A不可能.
4.如图所示固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内mn与adbc边平行且离ad边较近.当导线mn中通以方向向上的电流线框中通以顺时针方向的电流时线框的运动情况是 B A.向左运动B.向右运动C.以mn为轴转动D.静止不动解析:以mn为研究对象线框内磁场方向垂直纸面向里由左手定则知导线mn受到向左的安培力由牛顿第三定律可知线框受到向右的作用力故线框向右运动选项B正确.
5.水平面上有U形导轨MNPQ它们之间的宽度为lM和P之间接入电源现垂直于导轨搁一根质量为m的金属棒ab棒与导轨间的动摩擦因数为μ滑动摩擦力略小于最大静摩擦力通过棒的电流为I并加一个范围较大的匀强磁场磁感应强度大小为B方向垂直于金属棒ab与垂直导轨平面的方向夹角为θ如图所示金属棒处于静止状态重力加速度为g则金属棒所受的摩擦力大小为 B A.IlBsinθB.IlBcosθC.μmg-IlBsinθD.μmg+IlBcosθ解析:金属棒处于静止状态其合力为零对其进行受力分析如图所示在水平方向有IlBcosθ-f=0f=IlBcosθ选项B正确选项ACD错误.
6.xx·郑州模拟多选如图所示台秤上放一光滑平板其左边固定一挡板一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来此时台秤读数为F1现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒当导体棒中通以方向如图所示的电流后台秤读数为F2则以下说法正确的是 BC A.弹簧长度将变长B.弹簧长度将变短C.F1F2D.F1F2解析:如图甲所示导体棒处的磁场方向指向右上方根据左手定则可知导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方根据牛顿第三定律对条形磁铁受力分析如图乙所示所以N1N2即台秤示数F1F2选项C正确D错误;在水平方向上由于F′有向左的分力磁铁压缩弹簧所以弹簧长度变短选项B正确A错误.
7.多选如图甲所示两根光滑平行导轨水平放置间距为L其间有竖直向下的匀强磁场磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒.从t=0时刻起棒上有如图乙所示的持续交变电流I周期为T最大值为Im图甲中I所示方向为电流正方向.则金属棒 ABC A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功解析:由左手定则可知金属棒一开始向右做匀加速运动当电流反向以后金属棒开始做匀减速运动经过一个周期速度变为0然后重复上述运动所以选项AB正确;安培力F=ILB由图像可知前半个周期安培力水平向右后半个周期安培力水平向左不断重复选项C正确;一个周期内金属棒初、末速度相同由动能定理可知安培力在一个周期内不做功选项D错误.
8.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.开始时炮弹在导轨的一端通以电流后炮弹会被磁力加速最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离s=
0.10m导轨长L=
5.0m炮弹质量m=
0.30kg.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B=
2.0T方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v=
2.0×103m/s求通过导轨的电流I.忽略摩擦力与重力的影响.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F=IBs设炮弹的加速度的大小为a则有F=ma炮弹在两导轨间做匀加速运动因而v2=2aL联立各式得I=6×105A故通过导轨的电流I=6×105A.答案:6×105A
9.某同学自制一电流表其原理如图所示.质量为m的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连弹簧的劲度系数为k在矩形区域abcd内有匀强磁场磁感应强度大小为B方向垂直纸面向外.MN的右端连接一绝缘轻指针可指示出标尺上的刻度.MN的长度大于ab当MN中没有电流通过且处于静止时MN与矩形区域的ab边重合且指针指在标尺的零刻度;当MN中有电流时指针示数可表示电流强度.MN始终在纸面内且保持水平重力加速度为g.1当电流表的示数为零时求弹簧的伸长量;2为使电流表正常工作判断金属杆MN中电流的方向;3若磁场边界ab的长度为L1bc的长度为L2此电流表的量程是多少解析:1设当电流表示数为零时弹簧的伸长量为Δx则有mg=kΔx故Δx=.2根据左手定则金属杆中的电流方向为M→N.3设电流表满偏时通过MN的电流为Im则有BImL1+mg=kL2+Δx故Im=.答案:1 2M→N
310.xx·济南高二检测如图所示水平导轨间距为L=
0.5m导轨电阻忽略不计;导体棒ab的质量m=1kg导体棒的电阻R0=
0.9Ω与导轨接触良好;电源电动势E=10V内阻r=
0.1Ω电阻R=4Ω;外加匀强磁场的磁感应强度B=5T方向垂直于ab与导轨平面夹角α=53°;ab与导轨间的动摩擦因数为μ=
0.5设最大静摩擦力等于滑动摩擦力定滑轮摩擦不计线对ab的拉力为水平方向重力加速度g=10m/s2ab处于静止状态.已知sin53°=
0.8cos53°=
0.
6.求:1通过ab的电流大小和方向;2ab受到的安培力大小;3重物重力G的取值范围.解析:1I==2A方向为a到b.2F=ILB=5N.3受力如图fm=μmg-Fcos53°=
3.5N当最大静摩擦力方向向右时T=Fsin53°-fm=
0.5N当最大静摩擦力方向向左时T=Fsin53°+fm=
7.5N所以
0.5N≤G≤
7.5N.答案:12A a到b 25N
30.5N≤G≤
7.5N。