人教版物理选修3-1 同步练习：第3章 习题课6 有关安培力的综合应用问题

人教版物理选修3-1 同步练习：第3章 习题课6 有关安培力的综合应用问题

高中物理 有关安培力的综合应用问题 1.现有一段长 L=0.2 m、通有电流 I=2.5 A 的直导线,则关于此导线在磁感应强度为 B 的磁场中所受磁场力 F 的情况,下列说法正确的是( C ) A.如果 B=2 T,则 F 一定为 1 N B.如果 F=0,则 B 也一定为零 C.如果 B=4 T,则 F 有可能为 2 N D.当 F 为最大值时,通电导线一定与 B 平行 解析:如果导线放置方向和磁场方向平行,则磁场对通电导线没有力的作用,故选项 B 错误;当导线与磁场方 向垂直时,有 F=ILB,此时磁场力最大,故选项 A,D 错误,C 正确.21·cn·jy·com 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 接通后,将看到的现象是( C ) 2·1·c·n·j·y 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,弹簧中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,弹簧就缩短,电路就断开了,一断开没电 流了,弹簧就又掉下来接通电路……如此通断通断,就上下跳动,故 C 正确.【来源：21·世纪·教育·网】 3.通电闭合直角三角形线框 abc 处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,电流方向如图所示,那么三角 形线框受到的磁场力的合 力为( D ) 21·世纪*教育网 A.方向垂直于 ab 边斜向上 B.方向垂直于 ac 边斜向上 C.方向垂直于 bc 边向下 D.为零 解析:通以顺时针的电流方向,根据左手定则可知,各边所受的安培力背离中心处,如图所示,由公式 F=ILB 得出各边的安培力的大小,从而得出安培力大小与长度成正比,因而两直角边的安培力的合力与斜边的安 培力等值反向,所以线框所受磁场力的合力为零,故 D 正确. 21 世纪教育网版权所有 4.如图所示,把一重力不计的通电直导线 AB 水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以在空间自由运动,当 导线通以图示方向电流 I 时,导线的运动情况是(从上往下看)( C ) 21 教育网 A.顺时针方向转动,同时下降 B.顺时针方向转动,同时上升 C.逆时针方向转动,同时下降 D.逆时针方向转动,同时上升 解析:如图所示,将导线 AB 分成左、中、右三部分,中间一段开始时电流方向与磁场方向一致,不受力;左端 一段所在处的磁场方向斜向上,根据左手定则其受力方向向外;右端一段所在处的磁场方向斜向下,受力方 向向里.当转过一定角度时,中间一段电流不再与磁场方向平行,由左手定则可知其受力方向向下,所以从 上往下看导线将一边逆时针方向转动,一边向下运动,选项 C 正确. www-2-1-cnjy-com 5.如图所示,两平行导轨 ab,cd 竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上,将一根金属棒 PQ 放在导轨 上使其水平且始终与导轨保持良好接触.现在金属棒 PQ 中通以变化的电流 I,同时释放金属棒 PQ 使其运动. 已知电流 I 随时间的关系为 I=kt(k 为常数,k>0),金属棒与导轨间的动摩擦因数一定.以竖直向下为正方向, 则下面关于金属棒 PQ 的速度 v、加速度 a 随时间变化的关系图像中,可能正确的是( B ) 21*cnjy*com 解析:因为开始加速度方向向下,与速度方向相同,做加速运动,加速度逐渐减小,即做加速度逐渐减小的加 速运动,然后加速度方向向上,加速度逐渐增大,做加速度逐渐增大的减速运动,故选项 B 正确,A 错误;根据 牛顿第二定律得,金属棒的加速度 a= ,Ff=μFN=μFA=μBIL2-1-c-n-j-y =μBLkt,联立解得加速度 a=g- t,故选项 C,D 错误. 6.(多选)电流表的灵敏度,是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小.偏角越大,灵敏度越高.下 列方法可提高磁电式电流表灵敏度的是( ACD )【来源：21cnj*y.co*m】 A.增强永久磁铁的磁性 B.增大螺旋弹簧的劲度系数 C.增大线圈的面积 D.增加线圈的匝数 解析:通电线圈在磁场中转动时,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动.电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形 变也就越大.要提高电流表的灵敏度,就要在通入相同的电流时,让指针的偏转角度增大.所以要减小螺旋 弹簧的劲度系数,同时使安培力变大,即增强永久磁铁的磁性、增大线圈的面积和增加线圈的匝数.故选项 A,C,D 正确.【出处：21 教育名师】 7.(多选)如图所示,一根通电的直导体棒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( AB ) 【版权所有：21 教育】 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,选项 A 正确.21 教育名师原创作品 8.如图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,导轨中接入电动势为 E、内阻为 r 的直流电源,电路中有一阻值为 R 的电阻,其余电阻不计,将质量为 m,长度为 L 的导体棒由静止释放,求导 体棒在释放瞬间的加速度的大小. 21*cnjy*com 解析:导体棒受力示意图如图所示,导体棒受重力 mg、支持力 F N 和安培力 F 作用,由牛顿第二定律得 mgsin θ-Fcos θ=ma F=BIL I= 联立各式可得 a=gsin θ- . 答案:gsin θ- 9.如图所示,导轨间的距离 L=0.5 m,B=2 T,ab 棒的质量 m=1 kg,物块重 G=3 N,ab 棒与导轨间的动摩擦因数 μ=0.2,电源的电动势 E=10 V,21cnjy.com r=0.1 Ω.导轨的电阻不计,ab 棒电阻也不计,问 R 的取值范围怎样时棒处于静止状态?(g 取 10 m/s2) 解析:依据物体平衡条件可得 恰不右滑时:G-μmg-I1LB=0 ① 恰不左滑时:G+μmg-I2LB=0 ② 依据闭合电路欧姆定律可得 E=I1(R1+r) ③ E=I2(R2+r) ④ 联立①③得 R1=9.9 Ω 联立②④得 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 10.如图为某科技小组设计的一电流表的原理示意图.质量为 m 的均质细金属棒 MN 的中点处通过一挂钩与 一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为 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,与 MN 的右端 N 连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN 的长度大于 ,当 MN 中没 有电流通过且处于平衡状态时,MN 与矩形区域的 cd 边重合;当 MN 中有电流通过时,指针示数可表示电流. (1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少?(重力加速度为 g) (2)若要电流表正常工作,MN 的哪一端应与电源正极相接? (3)若 k=2.0 N/m, =0.20 m, =0.050 m,B=0.20 T,此电流表的量程是多少?(不计通电时电流产生的磁场 的作用)www.21-cn-jy.com 解析:(1)设弹簧的伸长量为Δx,则有 mg=kΔx 解得Δx= . (2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒 MN 的安培力必须向下.因此 M 端应接正极. (3)设满量程时通过 MN 的电流为 Im,则有 BIm +mg=k( +Δx) 代入数据得 Im= =2.5 A, 所以此电流表的量程是 0～2.5 A. 答案:(1) (2)M (3)0～2.5 A