高中物理人教版選修3-1練習(xí)：3.5安培力的綜合應(yīng)用

1、 安培力作用下導(dǎo)體的運動圖3551兩個相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動，設(shè)大小不同的電流按如圖355所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運動情況是 ()A都繞圓柱體轉(zhuǎn)動B彼此相向運動，且具有大小相等的加速度C彼此相向運動，電流大的加速度大D彼此背向運動，電流大的加速度大答案B安培力作用下導(dǎo)體的平衡圖3562如圖356所示，用兩根輕細金屬絲將質(zhì)量為m、長為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強磁場內(nèi)當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向角而處于平衡狀態(tài)為了使棒平衡在該位置上，所需的磁場的最小磁感應(yīng)強度的大小、方向為()A.tan ，豎直向上 B.tan ，豎直向下C.sin

2、 ，平行懸線向下 D.sin ，平行懸線向上答案D解析要求所加磁場的磁感應(yīng)強度最小，應(yīng)使棒平衡時所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力的最小值為Fminmgsin ，即IlBminmgsin ，得Bminsin ，方向應(yīng)平行于懸線向上故選D.安培力和牛頓第二定律的結(jié)合圖3573澳大利亞國立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10 km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2 km/s)如圖357所示，若軌道寬為2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，試求軌道間所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度 (軌道摩擦不計)答案55 T解析由運

3、動學(xué)公式求出加速度a，由牛頓第二定律和安培力公式聯(lián)立求出B.根據(jù)2axvv得炮彈的加速度大小為a m/s25×105 m/s2. 根據(jù)牛頓第二定律Fma得炮彈所受的安培力Fma2.2×103×5×105 N1.1×103 N，而FBIL，所以B T55 T.(時間：60分鐘)題組一安培力作用下導(dǎo)體的運動圖3581把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它的下端剛好跟杯里的水銀面相接觸，并使它組成如圖388所示的電路圖當(dāng)開關(guān)S接通后，將看到的現(xiàn)象是()A彈簧向上收縮B彈簧被拉長C彈簧上下跳動D彈簧仍靜止不動答案C解析因為通電后，線圈中每一圈之間的電

4、流是同向的，互相吸引，線圈就縮短，電路就斷開了，一斷開沒電流了，線圈就又掉下來接通電路如此通斷通斷，就上下跳動圖3592通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心)，各自的電流方向如圖359所示下列哪種情況將會發(fā)生()A因L2不受磁場力的作用，故L2不動B因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡，故L2不動CL2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動DL2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動答案D解析由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外，且離導(dǎo)線L1的距離越遠的地方，磁場越弱，導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O點的下方磁

5、場較強，則安培力較大，因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D選項對3.圖3510(2013·貴州五校聯(lián)考)一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖3510所示，如果直導(dǎo)線可以自由地運動且通以方向為由a到b的電流，則導(dǎo)線ab受磁場力方向后的運動情況為()A從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管B從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管C從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管D從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管答案D解析本題考查安培定則以及左手定則，意在考查學(xué)生對安培定則以及左手定則的應(yīng)用的理解，先由安培定則判斷通電螺線管的南北兩極，找出導(dǎo)線左右兩端磁感應(yīng)強度的方向，并用左手定則判斷這兩端受到的安培

6、力的方向，如圖(a)所示可以判斷導(dǎo)線受磁場力后從上向下看按逆時針方向轉(zhuǎn)動，再分析此時導(dǎo)線位置的磁場方向，再次用左手定則判斷導(dǎo)線受磁場力的方向，如圖(b)所示，導(dǎo)線還要靠近螺線管，所以D正確，A、B、C錯誤圖(a)圖(b)圖35114一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖3511所示的電流時，從左向右看，則線圈L1將()A不動 B順時針轉(zhuǎn)動C逆時針轉(zhuǎn)動 D向紙面內(nèi)平動答案B解析法一利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是：從左向右看線圈L1順時針轉(zhuǎn)動法二等效分析法

7、把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向，由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針后轉(zhuǎn)動前，N極應(yīng)指向紙里，因此應(yīng)由向紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1順時針轉(zhuǎn)動法三直線電流元法把線圈L1沿轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中，據(jù)安培定則可知各電流元所在處磁場方向向上，據(jù)左手定則可得，上部電流元所受安培力均指向紙外，下部電流元所受安培力均指向紙里，因此從左向右看線圈L1順時針轉(zhuǎn)動故正確答案為B.題組二通電導(dǎo)線在磁場中的平衡圖35125如圖3512所

8、示條形磁鐵放在水平面上，在它的上方偏右處有一根固定的垂直紙面的直導(dǎo)線，當(dāng)直導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時，磁鐵仍保持靜止下列結(jié)論正確的是()A磁鐵對水平面的壓力減小B磁鐵對水平面的壓力增大C磁鐵對水平面施加向左的靜摩擦力 D磁鐵所受的合外力增加答案BC圖35136質(zhì)量為m的通電細桿ab置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為.有電流時，ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖3513所示圖中的四個側(cè)視圖中，標出了四種可能的勻強磁場方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是()答案AB解析選項A中，通電細桿可能受重力、安培力、導(dǎo)軌的彈力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦

9、力可能為零當(dāng)安培力變大或變小時，細桿有上滑或下滑的趨勢，于是有靜摩擦力產(chǎn)生選項B中，通電細桿可能受重力、安培力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零當(dāng)安培力減小時，細桿受到導(dǎo)軌的彈力和沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力，也可能處于靜止狀態(tài)選項C和D中，通電細桿受重力、安培力、導(dǎo)軌彈力作用具有下滑趨勢，故一定受到沿導(dǎo)軌向上的靜摩擦力，如圖所示，所以桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零圖35147如圖3514所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為，如果僅改變下列某一個條件，角的相應(yīng)變化情況是()A棒中的電流變大，

10、角變大B兩懸線等長變短，角變小C .金屬棒質(zhì)量變大，角變大D磁感應(yīng)強度變大，角變小答案A圖35158如圖3515所示，掛在天平底部的矩形線圈abcd的一部分懸在勻強磁場中，當(dāng)給矩形線圈通入如圖所示的電流I時，調(diào)節(jié)兩盤中的砝碼，使天平平衡然后使電流I反向，這時要在天平的左盤上加質(zhì)量為2×102 kg的砝碼，才能使天平重新平衡求磁場對bc邊作用力的大小若已知矩形線圈共10匝，通入的電流I0.1 A，bc邊長度為10 cm，求該磁場的磁感應(yīng)強度(g取10 m/s2)答案0.1 N1 T解析根據(jù)FBIL可知，電流反向前后，磁場對bc邊的作用力大小相等，設(shè)為F，但由左手定則可知它們的方向是相反

11、的電流反向前，磁場對bc邊的作用力向上，電流反向后，磁場對bc邊的作用力向下因而有2F2×102×10 N0.2 N，所以F0.1 N，即磁場對bc邊的作用力大小是0.1 N因為磁場對電流的作用力FNBIL，故B T1 T.圖35169如圖3516所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6×102 kg的通電直導(dǎo)線，電流I1 A，方向垂直紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t0，B0，則需要多長時間斜面對導(dǎo)線的支持力為零？(g取10 m/s2)答案5 s解析導(dǎo)線恰

12、要離開斜面時受力情況如圖由平衡條件，得：Fmg/tan 30°.而FBIl.B0.4t代入數(shù)據(jù)解即得：t5 s.圖351710如圖3517所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B0.5 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 37°

13、;0.60，cos 37°0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大?。?3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小答案(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5 A.(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)導(dǎo)體棒受力如圖，將重力正交分解F1mgsin 37°0.24 N，F(xiàn)1F安，根據(jù)平衡條件，mgsin 37°FfF安，解得Ff0.06 N.圖351811如圖3518所示，水平放置的兩導(dǎo)軌P、Q間的距離L0.5 m，垂直于導(dǎo)軌平面的豎直向上的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2 T，垂直于導(dǎo)軌放置的ab棒

14、的質(zhì)量m1 kg，系在ab棒中點的水平繩跨過定滑輪與重量G3 N的物塊相連已知ab棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)0.2，電源的電動勢E10 V、內(nèi)阻r0.1 ，導(dǎo)軌的電阻及ab棒的電阻均不計要想ab棒處于靜止狀態(tài)，R應(yīng)在哪個范圍內(nèi)取值？(g取10 m/s2)答案見解析解析依據(jù)物體的平衡條件可得，ab棒恰不右滑時：GmgBI1L0ab棒恰不左滑時：GmgBI2L0依據(jù)閉合電路歐姆定律可得：EI1(R1r)EI2(R2r)由以上各式代入數(shù)據(jù)可解得：R19.9 ，R21.9 所以R的取值范圍為：19 R9.9 .題組三安培力與牛頓運動定律的綜合應(yīng)用圖351912如圖3519所示，在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行

15、，并處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為0.2 T，一根質(zhì)量為0.6 kg，有效長度為2 m的金屬棒放在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時，金屬棒做勻速直線運動；當(dāng)金屬棒中的電流突然增大為8 A時，求金屬棒能獲得的加速度的大小答案2 m/s2解析當(dāng)金屬棒中的電流為5 A時，金屬棒做勻速運動，有I1BLf當(dāng)金屬棒中的電流為8 A時，金屬棒能獲得的加速度為a，則I2BLfma聯(lián)立解得a2 m/s2圖352013據(jù)報道，最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖3520所示炮彈(可視為長方形導(dǎo)體)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接開始時炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離L0.10 m，導(dǎo)軌長x5.0 m，炮彈質(zhì)量m0.30 kg.導(dǎo)軌上