2024高中物理刷題首秧第三章安培力的應(yīng)用對點練+鞏固練含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE7跟蹤訓(xùn)練安培力的應(yīng)用1.如圖所示，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，當在該導(dǎo)線中通以電流強度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl答案C解析V形導(dǎo)線兩部分的受力狀況如圖所示。其中F＝BIl，V形導(dǎo)線受到的安培力應(yīng)為這兩個力的合力，大小為F合＝2Fcos60°＝BIl，C正確。2.如圖所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中心的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面對外的電流，則()A．假如臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極B．假如臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極C．無論如何臺秤的示數(shù)都不行能變更D．以上說法都不正確答案A解析假如臺秤的示數(shù)增大，說明導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對導(dǎo)線的作用力豎直向上，依據(jù)左手定則可推斷，導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵四周磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為北極，A正確，B、C、D錯誤。3.(多選)如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方。MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直紙面對外運動，可以()A．將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極B．將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負極C．將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負極 D．將a、c端接在溝通電源的一端，b、d端接在溝通電源的另一端答案ABD解析將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極，依據(jù)安培定則可知，線圈產(chǎn)生的磁場方向向上，再依據(jù)左手定則可知MN受到的安培力向外，則MN垂直紙面對外運動，A正確；同理當b、d端接電源正極，a、c端接電源負極時，MN垂直紙面對外運動，B正確；當a、d端接電源正極，b、c端接電源負極，MN垂直紙面對里運動，C錯誤；將a、c端接在溝通電源一端，b、d端接在溝通電源的另一端，a、c端的電勢的凹凸相對于b、d端的電勢凹凸做同步變更，線圈磁場與電流方向的關(guān)系跟A、B選項兩種狀況一樣，D正確。4．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所示。下列哪種狀況將會發(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C．L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動D．L2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對外，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均水平向右，由于O點的下方磁場較強，則安培力較大，因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D正確。5.如圖所示，MN、PQ為水平放置的平行導(dǎo)軌，通電導(dǎo)體棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上，已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量m＝1kg、長L＝2.0m，通過的電流I＝5.0A，方向如圖所示，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r(3),3)，當加一豎直向上的勻強磁場時，導(dǎo)體棒水平向右運動，隨著磁感應(yīng)強度的增大，導(dǎo)體棒運動的加速度增大；若減小磁感應(yīng)強度方向與速度方向的夾角，當該夾角減小到某一值θ時，無論怎樣增大磁感應(yīng)強度，導(dǎo)體棒ab均不會運動，則θ為()A．30°B．45°C．60°D．90°答案A解析如圖所示對導(dǎo)體棒進行受力分析如下圖所示：依據(jù)F＝BIL知，增大磁感應(yīng)強度時，導(dǎo)體棒所受安培力F增加，若使導(dǎo)體棒不會運動，需滿意：安培力F的水平重量小于導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力，如圖即滿意：Fsinθ≤μ(mg＋Fcosθ)①當磁感應(yīng)強度B足夠大時，即F足夠大，由數(shù)學(xué)關(guān)系可以知道，mg＋Fcosθ≈Fcosθ②即當tanθ≤μ時，無論安培力多大，導(dǎo)體棒都不能運動，又因為μ＝eq\f(\r(3),3)，解得：θ＝30°，A正確。6.如圖所示，傾斜導(dǎo)軌寬為L，與水平面成α角，處在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，金屬桿ab水平放在導(dǎo)軌上。當回路電流強度為I時，金屬桿ab所受安培力F()A．方向垂直ab桿沿斜面對上B．方向垂直ab桿水平向右C．F＝BILcosαD．F＝BILsinα答案B解析由題圖知電流方向由b→a且與磁場方向垂直，依據(jù)左手定則可知安培力水平向右，由安培力計算公式可得F＝BIL，B正確。7.如圖所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面對里的勻強磁場中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以()A．適當減小磁感應(yīng)強度B．使磁場反向C．適當增大電流D．使電流反向答案C解析首先對MN進行受力分析：其受豎直向下的重力G、受兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力和安培力。當其處于平衡狀態(tài)時：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到0，應(yīng)增大安培力BIL，所以可增大磁場的磁感應(yīng)強度B或增大通過金屬棒中的電流I，或二者同時增大，只有C正確。8.如圖所示條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中心的上方固定一根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面對里的電流，用F表示磁鐵對桌面的壓力，用f表示桌面對磁鐵的摩擦力，導(dǎo)線中通電后與通電前相比較()A．F減小，f＝0B．F減小，f≠0C．F增大，f＝0D．F增大，f≠0答案C解析磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極，因為長直導(dǎo)線在磁鐵的中心上方，此處的磁感線是水平的，電流的方向垂直于紙面對里，依據(jù)左手定則，導(dǎo)線所受的安培力方向豎直向上，如下圖所示：長直導(dǎo)線是固定不動的，依據(jù)物體間力的作用是相互的，導(dǎo)線給磁鐵的反作用力方向就是豎直向下的。因此磁鐵對水平桌面的壓力除了重力之外還有通電導(dǎo)線的作用力，壓力是增大的；因為這兩個力的方向都是豎直向下的，所以磁鐵不會發(fā)生相對運動，不會產(chǎn)生摩擦力，C正確。9.如圖所示，用兩根輕細懸線將質(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)。當棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向θ角而處于平衡狀態(tài)。為了使金屬棒平衡在該位置上，所需的磁場的最小磁感應(yīng)強度的大小、方向為()A.eq\f(mg,Il)tanθ，豎直向上B.eq\f(mg,Il)tanθ，豎直向下C.eq\f(mg,Il)sinθ，平行懸線向下D.eq\f(mg,Il)sinθ，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)使金屬棒平衡時所受的安培力有最小值。從b端側(cè)視圖對桿受力分析：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，當安培力F垂直于懸線的拉力FT時，安培力有最小值為Fmin＝mgsinθ，即BminIl＝mgsinθ，得Bmin＝eq\f(mgsinθ,Il)，由左手定則知，磁感應(yīng)強度的方向應(yīng)平行于懸線向上。D正確。10．如圖所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L＝1m。導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m＝0.2kg，棒的中點用細繩經(jīng)定滑輪與一物體相連(繩與棒垂直)，物體的質(zhì)量為M＝0.3kg。導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5(g取10m/s2)，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝2T，方向豎直向下，為了使物體勻速上升，應(yīng)在棒中通入多大的電流？方向如何？答案2A方向由a到b解析導(dǎo)體棒的最大靜摩擦力大小為fm＝0.5mg＝1N，M的重力為G＝Mg＝3N，則fm＜G，要保持物體勻速上升，則安培力方向必需水平向左，則依據(jù)左手定則推斷得知棒中電流的方向為由a到b。依據(jù)受力分析，由牛頓其次定律，則有F安－fm－G＝0，F(xiàn)安＝BIL，聯(lián)立得：I＝2A。11.如圖所示，電源電動勢E＝2V，r＝0.5Ω，豎直導(dǎo)軌寬L＝0.2m，導(dǎo)軌電阻不計，另有一金屬棒ab，質(zhì)量m＝0.1kg，電阻R＝0.5Ω，它與軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，金屬棒靠在導(dǎo)軌的外面，為使金屬棒靜止不下滑，施加一個與紙面夾角為30°且方向向里的勻強磁場，g取10m/s2，求：(1)磁場的方向；(2)磁感應(yīng)強度B的取值范圍。答案(1)豎直方向成30°角斜向下(2)3T≤B≤16.3T解析(1)以靜止的金屬棒為探討對象，畫出其側(cè)視圖，受力如圖甲所示。要使金屬棒靜止，通電金屬棒所受安培力肯定要有向左的重量，由左手定則判定磁場方向應(yīng)斜向下。(2)電路中電流I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(2,0.5＋0.5)A＝2A依據(jù)平衡條件，若摩擦力向上達到最大時，受力分析如圖甲所示，依據(jù)平衡條件則有：Fsin30°＋f＝mg，f＝μN＝μFcos30°即B1ILsin30°＋μB1ILcos30°＝mg得B1＝eq\f(mg,ILsin30°＋μcos30°)＝eq\f(1,2×0.2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0.5＋0.4×\f(\r(3),2))))≈3T若摩擦力方向向下，如圖乙所示，則：F′sin30°＝f′＋mg，f′＝μN′＝μF′cos30°即B2ILsin30°－μB2ILcos30°＝mg代入數(shù)據(jù)計算得出：B2＝16.3T故所求磁感應(yīng)強度的范圍是3T≤B≤16.3T。12.水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻)?，F(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab，并加一個范圍較大的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向與水平面夾角為θ且指向右上方，如圖所示，求：(1)當金屬棒ab靜止時，受到的支持力和摩擦力各為多少？(2)若B的大小和方向均能變更，則要使ab金屬棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時B的方向如何？答案(1)mg－eq\f(BLEcosθ,R)eq\f(BLEsinθ,R)(2)eq\f(mgR,EL)方向水平向右解析從b向a看側(cè)視圖受力分析如圖所示。(1)水平方向：Ff＝F安sinθ①豎直方向：FN＋F安cosθ＝mg②又F安＝BIL＝Beq\f(E,R)L③聯(lián)立①②③得：FN＝mg－eq\f(BLEcosθ,R)，F(xiàn)f＝eq\f(BLEsinθ,R)。(2)要使金屬棒ab所受支持力為零，且讓磁場最小，可知安培力豎直向上，則有F安′＝mg，F(xiàn)安′＝BminIL＝Bmineq\f(E,R)L得Bmin＝eq\f(mgR,EL)，依據(jù)左手定則判定磁場方向水平向右。13.如圖所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a、I＝3A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止。求：(1)勻