2024版新教材高中物理第一章磁吃電流的作用專項3安培力作用下的綜合問題課時作業(yè)教科版選擇性必修第二冊

eq\a\vs4\al(專)eq\a\vs4\al(項)3安培力作用下的綜合問題1．(多選)光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強磁場方向如圖所示，大小為0.5T．質量為0.05kg、長為0.5m的金屬細桿置于金屬水平軌道上的M點．當在金屬細桿內(nèi)通以電流強度為2A的恒定電流時，金屬細桿可以沿軌道向右由靜止起先運動．已知MN＝OP＝1m，則下列說法中正確的是()A．金屬細桿起先運動時的加速度大小為10m/s2B．金屬細桿運動到P點時的速度大小為5m/sC．金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小為10m/s2D．金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N2．如圖所示，間距為l的水平平行金屬導軌左端連接充好電的電容器，電容為C，電壓為U，右端邊緣放置質量為m的光滑金屬棒，勻強磁場沿豎直方向(圖中未畫出)，磁感應強度大小為B，導軌與地面的高度為h.開關閉合瞬間，金屬棒向右離開導軌后水平射出，落在地面上時與射出點的水平距離為s，重力加速度為g，求：(1)電容器釋放的電能(不計電流的發(fā)熱)；(2)彈射金屬棒后電容器的電壓．3．如圖所示，兩條平行的光滑金屬導軌所在平面與水平面的夾角θ＝37°，間距d＝0.1m．導軌處于勻強磁場中，磁感應強度大小B＝1T，方向垂直導軌平面對上．質量m＝10g的金屬MN被固定在導軌上，距底端的距離為s＝6m，導軌與外接電源相連，使金屬棒通有電流．金屬棒被松開后，以a＝3m/s2的加速度沿導軌勻加速下滑，金屬棒中的電流始終保持恒定，重力加速度g取10m/s2.求下滑原委端的過程中，(1)金屬棒到達底端時的速度大?。?2)通過金屬棒的電流I；(3)通過金屬棒的電荷量Q；(4)若磁場方向變?yōu)樨Q直向上，其他條件都不變，求金屬棒到達底端時的速度大小v2.專項3安培力作用下的綜合問題1．答案：AD解析：金屬細桿在水平方向受到安培力作用，安培力大小F安＝BIL＝0.5×2×0.5N＝0.5N，金屬細桿起先運動時的加速度大小為a＝eq\f(F安,m)＝10m/s2，選項A正確；對金屬細桿從M點到P點的運動過程，安培力做功W安＝F安·(MN＋OP)＝1J，重力做功WG＝－mg·ON＝－0.5J，由動能定理得W安＋WG＝eq\f(1,2)mv2，解得金屬細桿運動到P點時的速度大小為v＝eq\r(20)m/s，選項B錯誤；金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小為a′＝eq\f(v2,r)＝20m/s2，選項C錯誤；在P點金屬細桿受到軌道水平向左的作用力F和水平向右的安培力F安，由牛頓其次定律得F－F安＝eq\f(mv2,r)，解得F＝1.5N，每一條軌道對金屬細桿的作用力大小為0.75N，由牛頓第三定律可知金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N，選項D正確．2．答案：(1)eq\f(mgs2,4h)(2)U－eq\f(ms,CBl)eq\r(\f(g,2h))解析：(1)電容器釋放的電能轉化為金屬棒的動能，有W＝eq\f(1,2)mv2，金屬棒做平拋運動，有h＝eq\f(1,2)gt2，s＝vt，解得W＝eq\f(mgs2,4h).(2)設金屬棒通電時間為Δt，每時刻對應金屬棒的速度為Δv，對金屬棒由動量定理得BilΔt＝mΔv，即Blq＝mv，對電容器有q＝C(U－U1)，解得U1＝U－eq\f(ms,CBl)eq\r(\f(g,2h)).3．答案：(1)6m/s(2)0.3A，方向為N→M(3)0.6C(4)eq\r(43.2)m/s解析：(1)依據(jù)位移速度關系可知金屬棒到達底端時的速度大小為v1＝eq\r(2as)＝6m/s(2)因為a<gsinθ所以金屬棒所受安培力確定沿軌道平面對上，依據(jù)左手定則可知通過金屬棒的電流方向為N→M，依據(jù)牛頓其次定律有mgsinθ－BId＝ma解得I＝0.3A(3)金屬棒下滑原委端所用時間為t＝eq\f(v1,a)＝2s通過金屬棒的電荷量為Q＝It＝0.6C(4)若磁場方向變?yōu)樨Q直向上，其他條件都不變，設金屬棒的加速度大小為a′，依據(jù)牛