2018届高考物理二轮复习第九章磁场提能增分练一安培力作用下导体的平衡运动和功能问题.docx

提能增分练(一)安培力作用下导体的平衡、运动和功能问题A级夺高分1.(多选)(2017牡丹江一中模拟)如图，在匀强磁场B的区域中有一光滑斜面体，在斜面体上放了一根长为L，质量为m的导线，当通以垂直纸面向里的电流I后，导线恰能保持静止，则磁感应强度B必须满足()AB，方向垂直纸面向外BB，方向水平向左CB，方向竖直向下DB，方向水平向左解析：选CD若匀强磁场的方向垂直纸面向外，此时电流的方向和磁场的方向平行，此时不受安培力的作用，导线只受到支持力与重力，不可能处于平衡状态，故A错误；若匀强磁场的方向水平向左，B时，则竖直向上的安培力与重力相平衡，导线处于平衡状态，故B错误，D正确；若匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向下，B时，则水平向左的安培力与支持力、重力三力平衡，导线处于平衡状态，故C正确。2(2017汕头模拟)如图甲是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图乙所示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则()A该磁场是匀强磁场B线圈平面总与磁场方向垂直C线圈将逆时针转动D导线a、b受到的安培力大小总为BIl解析：选D匀强磁场的磁感应强度大小处处相等，方向处处相同，由题图乙可知，选项A错误；在题图乙所示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，线圈顺时针转动，选项C错误；由于磁场均匀辐向分布，故线圈平面总与磁场方向平行，选项B错误；由于磁感应强度大小不变，电流大小不变，则安培力大小始终为BIl，选项D正确。3.如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为，如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是()A棒中的电流变大，角变大B两悬线等长变短，角变小C金属棒质量变大，角变大D磁感应强度变大，角变小解析：选A棒中电流变大，金属棒所受安培力变大，角变大，选项A正确；两悬线等长变短，角不变，选项B错误；金属棒质量变大，角变小，选项C错误；磁感应强度变大，金属棒所受安培力变大，角变大，选项D错误。4.(多选)(2017大庆实验中学模拟)如图所示，一根长为L的直导体棒中通以大小为I的电流，静止放在导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B，B的方向与竖直方向成角。下列说法中正确的是()A导体棒受到磁场力大小为BLIsin B导体棒对导轨压力大小为mgBILsin C导体棒受到导轨摩擦力为(mgBILsin )D导体棒受到导轨摩擦力为BLIcos 解析：选BD根据左手定则对导体棒受力分析，如图所示。导体棒受到磁场力大小为FBLI，选项A错误；根据共点力平衡规律得：BILsin FNmg，得导体棒对导轨的压力大小为FNmgBILsin ，选项B正确；导体棒受到的是静摩擦力，静摩擦力大小要运用力的平衡规律求解，即为FfBLIcos ，选项C错误，选项D正确。5.(多选)(2017哈尔滨师大附中检测)如图两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为。质量为m、长为L的金属杆ab垂直导轨放置，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向与ab垂直。当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab保持静止。则磁场方向和大小可能为()A竖直向上，大小为B平行导轨向上，大小为C水平向右，大小为D水平向左，大小为解析：选AD金属导轨光滑，所以没有摩擦力，则金属杆只受重力、支持力和安培力，根据平衡条件，支持力和安培力的合力应与重力等大反向，根据矢量三角形合成法则作出三种情况的合成图如图：由图可以看出当安培力F与支持力FN垂直时有最小值：Fminmgsin ，即BILmgsin ，则Bmin，cos 不一定大于sin ，故B错误；当磁场方向竖直向上时，受到的安培力水平向左，大小为时，合力为零，故A正确；当磁场方向水平向右时，受到的安培力竖直向下，又重力竖直向下，金属杆ab不可能保持静止，C错误；当磁场方向水平向左时，受到的安培力竖直向上，大小为时，合力为零，D正确。6.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，利用这种装置可以把质量为2.0 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6 km/s。若这种装置的轨道宽2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度及磁场力的最大功率。(轨道摩擦不计)解析：电磁炮在安培力的作用下，沿轨道做匀加速运动。因为通过100 m的位移加速至6 km/s，利用动能定理可得F安sEk，即BILsmv20。代入数据可得B18 T。运动过程中，磁场力的最大功率为PF安vmBILvm2.16106 W。答案：18 T2.16106 W 7.(2017宁夏石嘴山第三中学模拟)如图所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流I1 A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中。设t0时，B0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？解析：斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示。由平衡条件FTcos 37FFTsin 37mg代入数值解得：F0.8 N由FBIL得：B T2 TB与t的变化关系为B0.4t，所以t5 s。答案：5 sB级冲满分8(2015江苏高考)如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()解析：选A磁场发生微小变化时，因各选项中载流线圈在磁场中的面积不同，由法拉第电磁感应定律En n 知，载流线圈在磁场中的面积越大，产生的感应电动势越大，感应电流越大，载流线圈中的电流变化越大，所受的安培力变化越大，天平越容易失去平衡，由题图可知，选项A符合题意。9.(2014重庆高考)某电子天平原理如图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间的磁感应强度大小均为B，磁极宽度均为L，忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C、D与外电路连接。当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。已知线圈匝数为n，线圈电阻为R，重力加速度为g。问：(1)线圈向下运动过程中，线圈中感应电流是从C端还是从D端流出？(2)供电电流I是从C端还是从D端流入？求重物质量与电流的关系。(3)若线圈消耗的最大功率为P，该电子天平能称量的最大质量是多少？解析：(1)感应电流从C端流出。(2)外加电流从D端流入。设线圈受到的安培力为FA由FAmg和FA2nBIL，得mI。(3)设能称量的最大质量为m0由mI和PI2 R得m0 。答案：见解析10为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨。潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的、用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如图所示。在直线通道内充满电阻率0.2 m的海水，通道中abc0.3 m0.4 m 0.3 m的空间内，存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B6.4 T、方向垂直通道侧面向外。磁场区域上、下方各有ab0.3 m0.4 m的金属板M、N，当其与推进器专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了从N到M、大小恒为I1.0103 A 的电流，设该电流只存在于磁场区域。不计电源内阻及导线电阻，海水密度m1.0103 kg/m3。(1)求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其方向；(2)在不改变潜艇结构的前提下，简述潜艇如何转弯；如何“倒车”；(3)当潜艇以恒定速度v030 m/s前进时，海水在出口处相对于推进器的速度v34 m/s，思考专用直流电源所提供的电功率如何分配，求出相应功率的大小。解析：(1)将通电海水看成导线，所受磁场力FIBL，代入数据得：FIBc1.01036.40.3 N1.92103 N用左手定则判断可知，磁场对海水作用力方向向右(或与海水出口方向相同)。(2)考虑到潜艇下方有左、右两组推进器，可以通过开启或关闭不同个数的左、右两侧的直线通道推进器，实施转弯。改变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场力的方向，根据牛顿第三定律，使潜艇“倒车”。(3)电源提供的电功率中的第一部分：牵引功率P1F牵v0根据牛顿第三定律：F牵12IBL当v030 m/s时，代入数据得：P1F牵v0121.9210330 W6.9105 W第二部分：海水的电热功率对单个直线推进器，根据电阻定律：R