2019_2020版高中物理第三章习题课安培力的综合应用（教师备用）课时作业新人教版.docx

习题课安培力的综合应用(教师备用)1.(2019山东烟台检测)(多选)质量为m的金属细杆置于倾角为的光滑导轨上,导轨的宽度为d,若给细杆通以如图A,B,C,D所示的电流时,可能使杆静止在导轨上的是(AC)解析:A图中根据左手定则金属细杆受沿导轨向上的安培力,则重力、支持力、安培力三力合力可能为0,故A正确.B图中金属细杆只受重力和导轨的支持力,二力不可能平衡,故B错误.C图中金属细杆受重力、竖直向上的安培力和支持力,若重力与安培力满足二力平衡,则不受支持力,故C正确.D图中金属细杆受重力、水平向左的安培力和支持力,三个力不可能达到平衡,故D错误.2.(2019内蒙古包头检测)如图所示,长为L的通电直导体棒放在光滑水平绝缘轨道上,劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定,另一端拴在棒的中点,且与棒垂直,整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,弹簧伸长x,棒处于静止状态.则(B)A.导体棒中的电流方向从b流向aB.导体棒中的电流大小为C.若只将磁场方向缓慢顺时针转过一小角度,x变大D.若只将磁场方向缓慢逆时针转过一小角度,x变大解析:由于弹簧伸长x,则有kx=BIL,即I=,选项B正确;由于弹簧伸长,则安培力方向水平向右,由左手定则可得,导体棒中的电流方向从a流向b,选项A错误;若只将磁场方向缓慢顺时针转过一小角度,则原来水平向右的安培力也顺时针转动一小角度,根据力的分解与平衡可得,弹力变小,导致x变小,同理,若只将磁场方向缓慢逆时针转过一小角度,x也变小,选项C,D错误.3.如图所示,一重为G1的圆环置于水平桌面上,在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁,磁铁的中心轴线通过圆环中心,磁铁的上端为N极,下端为S极,磁铁自身的重力为G2.当在圆环中通入顺时针方向(从上往下看)的电流时关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F的大小,下列关系中正确的是(D)A.FG1,FG2B.FG2C.FG1,FG1,FG2解析:由于顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的条形磁铁,由安培定则可知,其N极向下,S极向上,故与磁铁之间的相互作用力为斥力,所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1,磁铁对轻绳的拉力F将小于磁铁的重力G2,选项D正确.4.(2019江苏扬州月考)(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)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:对导体棒,根据左手定则知,安培力沿斜面向上,若F安mgsin ,摩擦力向下,随F安增大而一直增大;若F安=mgsin ,摩擦力为零,随F安增大摩擦力向下一直增大.选项A,B正确.5.(2019四川资阳检测)(多选)如图所示,一根重力G=0.1 N,长 L=1 m的质量分布均匀的导体ab,在其中点弯成=60角,将此导体放入匀强磁场中,导体两端a,b悬挂于两相同的弹簧下端,弹簧均为竖直状态,当导体中通过I=1 A的电流时,两根弹簧比原长各缩短了x=0.01 m,已知匀强磁场的方向垂直纸面向外,磁感应强度的大小B=0.4 T,则(AC)A.导体中电流的方向为baB.每根弹簧的弹力大小为0.10 NC.弹簧的劲度系数k=5 N/mD.若导体中不通电流,则弹簧伸长0.02 m解析:当导体中通过I=1 A的电流时,两根弹簧比原长缩短,安培力方向向上,由左手定则知,导体中电流的方向为ba,选项A正确;通电后,导体的有效长度L有=0.5 m,受到的安培力FA=IL有B=10.50.4 N=0.2 N,根据平衡关系,有G+2F=FA,解得F=0.05 N,每根弹簧的弹力大小为0.05 N,选项B错误;由F=kx解得k=5 N/m,选项C正确;若导体中不通电流,则G=2F2,F2=kx2,解得x2=0.01 m,弹簧伸长 0.01 m,选项D错误.6.如图所示,质量为m的导体棒ab垂直圆弧形金属导轨MN,PQ放置,导轨下端接有电源,导体棒与导轨接触良好,不计一切摩擦.现欲使导体棒静止在导轨上,则下列方法可行的是(C)A.加一个沿ab方向的匀强磁场B.加一个沿ba方向的匀强磁场C.加一个竖直向下的匀强磁场D.加一个竖直向上的匀强磁场解析:导体棒在导轨上沿ba方向看去的平面图如图所示,导体棒受重力、支持力作用,当加一个沿ab方向的匀强磁场或ba方向的匀强磁场时,导体棒都不受安培力,不可能静止在导轨上;电流方向向外,加一个竖直向下的匀强磁场时,由左手定则可知导体棒所受安培力方向水平向右,可能静止在导轨上;加一个竖直向上的匀强磁场,由左手定则可知,导体棒所受安培力方向水平向左,不可能静止在导轨上,选项C正确.7.如图所示,在倾角为的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒.当导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,可将导体棒置于匀强磁场中,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针转至水平向左的过程中,关于B的大小的变化,说法正确的是(C)A.逐渐增大 B.逐渐减小C.先减小后增大 D.先增大后减小解析:导体棒受三个力的作用,当磁感应强度B的方向由竖直向上逆时针转至水平向左的过程中,重力mg、安培力F、支持力FN的变化关系如图所示,可看出安培力F先减小后增大,由 F=BIL知,B的大小应是先减小后增大,选项C正确.8.(2019黑龙江牡丹江质检)如图所示,两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上,但能自由移动,若两线圈内通以大小不等的同向电流,则它们的运动情况是(C)A.都绕圆柱转动B.以大小不等的加速度相向运动C.以大小相等的加速度相向运动D.以大小相等的加速度相背运动解析:由安培定则和左手定则可知,同向环形电流间相互吸引,虽然两电流大小不等,但两线圈间相互作用力大小相等,因此加速度大小相等,方向相向,即以大小相等的加速度相向运动,所以选项C正确.9.(多选)如图所示,光滑的倾斜导轨宽为L,与水平面成角,处在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,金属杆ab水平放在导轨上.当回路中电流为I时金属杆处于静止状态,若金属杆ab所受安培力为F,斜面的支持力为FN,则(BD)A.安培力方向垂直ab杆沿斜面向上B.安培力方向垂直ab杆水平向右C.FN=BILcos D.FN=解析:由左手定则可知安培力方向水平向右,大小F=BIL,金属杆的受力如图所示,由共点力平衡求得FN=,选项B,D正确.10.(2019安徽铜陵月考)如图所示,用质量不计的金属丝悬挂m= 0.04 kg的金属棒,通电长度AB=1.0 m,通上电流I=0.3 A后金属棒和竖直方向的夹角为37,保持静止.求(g取10 m/s2,sin 37=0.6):(1)磁感应强度B的大小.(2)通电后把金属棒拉到最低点,无初速度释放,则金属棒在摆起过程中(电流保持不变)金属丝偏离竖直方向的最大偏角?(不计空气阻力)解析:(1)金属棒受力如图所示,根据平衡条件可知mgtan 37=BIL解得B=1 T;(2)通电后把金属棒拉到最低点,无初速度释放,到达最高点时,由动能定理得BILLsin -mgL(1-cos )=0-0,由三角函数知识可知=74.答案:(1)1 T(2)7411.(2019陕西西安期中)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与时间的关系为I= kt(k为常数,k0),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象中,可能正确的是(B)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=FN=FA=BIL=BLkt,联立解得加速度a=g-t,故选项C,D错误.12.(2019辽宁鞍山期中)(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.垂直于导轨水平放置一根均匀金属棒于导轨上.从t=0时刻起,棒上有如图(乙)所示的持续交变电流I,其周期为T,大小为Im,图(甲)中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,金属棒一开始向右加速运动,当电流反向以后,金属棒开始减速,经过一个周期速度变为0,然后重复上述运动,选项A,B正确;安培力F=BIL,由图象可知前半个周期向右,后半个周期向左,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做功为零,选项D错误.13.(2019浙江余姚中学高二检测)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光滑轻质定滑轮与重量G=3 N的物块相连.已知ab棒与导轨间的动摩擦因数=0.2,电源的电动势E=10 V、内阻r=0.1 ,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?(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2)解析:ab棒受向右的物块拉力F,大小为G,当ab棒恰不右滑时,由平衡关系得G-mg-BI1L=0,ab棒恰不左滑时有G+mg-BI2L=0,依据闭合电路欧姆定律得I1=,I2=由以上各式代入数据解得R1=9.9 ,R2=1.9 ,所以R的取值范围为1.9 R9.9 .答案:1.9 R9.9 14.(2019黑龙江大庆实验中学高二期中)如图,ab,cd为相距2 m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,质量为3.6 kg的金属棒MN垂直于导轨放在其上,当金属棒中通入8 A的恒定电流时,金属棒受到水平方向的磁场力的作用沿着导轨做匀加速运动,加速度为2 m/s2,当金属棒中通以同方向的 5 A的恒定电流时,棒恰好沿着导轨做匀速运动,求:(1)此匀强磁场的磁感应强度的大小.(2)金属棒与导轨间的动摩擦因数.解析:当金属棒通入电流I1=8 A时,根据牛顿第二定律有I1BL-mg=ma当金属棒通有电流I2=5 A时做匀速运动,根据平衡条件有I2BL-mg=0联立解得B=1.2 T,=.答案:(1)1.2 T(2)15.(2019江苏泰州检测)如图所示,电源电动势E=2 V,内电阻r=0.5 ,竖直导轨电阻可忽略,金属棒的质量m=0.1 kg,电阻R=0.5 ,它与导轨的动摩擦因数=0.4(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),有效长度L=0.2 m.为了使金属棒能够靠在导轨外面静止不动,我们施加一与纸面成30角向里且与金属棒垂直的磁场,问