人教版物理选修3-1 同步练习：第3章 习题课6 有关安培力的综合应用问题
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| 名称 | 人教版物理选修3-1 同步练习：第3章 习题课6 有关安培力的综合应用问题 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 252.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-12-29 21:03:12 | ||
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文档简介
习题课六 有关安培力的综合应用问题
1.(2016黑龙江实验中学月考)现有一段长L=0.2
m、通有电流I=
2.5
A的直导线,则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受磁场力F的情况,下列说法正确的是( C )
A.如果B=2
T,则F一定为1
N
B.如果F=0,则B也一定为零
C.如果B=4
T,则F有可能为2
N
D.当F为最大值时,通电导线一定与B平行
解析:如果导线放置方向和磁场方向平行,则磁场对通电导线没有力的作用,故选项B错误;当导线与磁场方向垂直时,有F=ILB,此时磁场力最大,故选项A,D错误,C正确.
2.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触,并使它组成如图所示的电路图.当开关S接通后,将看到的现象是( C )
A.弹簧向上收缩
B.弹簧被拉长
C.弹簧上下跳动
D.弹簧仍静止不动
解析:因为通电后,弹簧中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,弹簧就缩短,电路就断开了,一断开没电流了,弹簧就又掉下来接通电路……如此通断通断,就上下跳动,故C正确.
3.通电闭合直角三角形线框abc处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,电流方向如图所示,那么三角形线框受到的磁场力的合
力为( D )
A.方向垂直于ab边斜向上
B.方向垂直于ac边斜向上
C.方向垂直于bc边向下
D.为零
解析:通以顺时针的电流方向,根据左手定则可知,各边所受的安培力背离中心处,如图所示,由公式F=ILB得出各边的安培力的大小,从而得出安培力大小与长度成正比,因而两直角边的安培力的合力与斜边的安培力等值反向,所以线框所受磁场力的合力为零,故D正确.
4.如图所示,把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以在空间自由运动,当导线通以图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)( C )
A.顺时针方向转动,同时下降
B.顺时针方向转动,同时上升
C.逆时针方向转动,同时下降
D.逆时针方向转动,同时上升
解析:如图所示,将导线AB分成左、中、右三部分,中间一段开始时电流方向与磁场方向一致,不受力;左端一段所在处的磁场方向斜向上,根据左手定则其受力方向向外;右端一段所在处的磁场方向斜向下,受力方向向里.当转过一定角度时,中间一段电流不再与磁场方向平行,由左手定则可知其受力方向向下,所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动,一边向下运动,选项C正确.
5.(2016孝感期中)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随时间的关系为I=kt(k为常数,k>0),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像中,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=μFN=μFA=μBIL
=μBLkt,联立解得加速度a=g-t,故选项C,D错误.
6.(多选)电流表的灵敏度,是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小.偏角越大,灵敏度越高.下列方法可提高磁电式电流表灵敏度的是( ACD )
A.增强永久磁铁的磁性
B.增大螺旋弹簧的劲度系数
C.增大线圈的面积
D.增加线圈的匝数
解析:通电线圈在磁场中转动时,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动.电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大.要提高电流表的灵敏度,就要在通入相同的电流时,让指针的偏转角度增大.所以要减小螺旋弹簧的劲度系数,同时使安培力变大,即增强永久磁铁的磁性、增大线圈的面积和增加线圈的匝数.故选项A,C,D正确.
7.(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:若F安α,因安培力向上,则摩擦力向上,当F安增大时,Ff减小到零,再向下增大,选项B正确,C,D错误;若F安>mgsin
α,摩擦力向下,随F安增大而一直增大,选项A正确.
8.如图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源,电路中有一阻值为R的电阻,其余电阻不计,将质量为m,长度为L的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小.
解析:导体棒受力示意图如图所示,导体棒受重力mg、支持力F
N和安培力F作用,由牛顿第二定律得
mgsin
θ-Fcos
θ=ma
F=BIL
I=
联立各式可得a=gsin
θ-.
答案:gsin
θ-
9.如图所示,导轨间的距离L=0.5
m,B=2
T,ab棒的质量m=1
kg,物块重G=3
N,ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,电源的电动势E=10
V,
r=0.1
Ω.导轨的电阻不计,ab棒电阻也不计,问R的取值范围怎样时棒处于静止状态 (g取10
m/s2)
解析:依据物体平衡条件可得
恰不右滑时:G-μmg-I1LB=0
①
恰不左滑时:G+μmg-I2LB=0
②
依据闭合电路欧姆定律可得
E=I1(R1+r)
③
E=I2(R2+r)
④
联立①③得
R1=9.9
Ω
联立②④得
R2=1.9
Ω
所以R的取值范围为1.9
Ω≤R≤9.9
Ω.
答案:1.9
Ω≤R≤9.9
Ω
10.如图为某科技小组设计的一电流表的原理示意图.质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN的长度大于,当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合;当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流.
(1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少 (重力加速度为g)
(2)若要电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接
(3)若k=2.0
N/m,=0.20
m,=0.050
m,B=0.20
T,此电流表的量程是多少 (不计通电时电流产生的磁场的作用)
解析:(1)设弹簧的伸长量为Δx,则有mg=kΔx
解得Δx=.
(2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下.因此M端应接正极.
(3)设满量程时通过MN的电流为Im,则有
BIm+mg=k(+Δx)
代入数据得Im==2.5
A,
所以此电流表的量程是0～2.5
A.
答案:(1) (2)M (3)0～2.5
A
1.(2016黑龙江实验中学月考)现有一段长L=0.2
m、通有电流I=
2.5
A的直导线,则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受磁场力F的情况,下列说法正确的是( C )
A.如果B=2
T,则F一定为1
N
B.如果F=0,则B也一定为零
C.如果B=4
T,则F有可能为2
N
D.当F为最大值时,通电导线一定与B平行
解析:如果导线放置方向和磁场方向平行,则磁场对通电导线没有力的作用,故选项B错误;当导线与磁场方向垂直时,有F=ILB,此时磁场力最大,故选项A,D错误,C正确.
2.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触,并使它组成如图所示的电路图.当开关S接通后,将看到的现象是( C )
A.弹簧向上收缩
B.弹簧被拉长
C.弹簧上下跳动
D.弹簧仍静止不动
解析:因为通电后,弹簧中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,弹簧就缩短,电路就断开了,一断开没电流了,弹簧就又掉下来接通电路……如此通断通断,就上下跳动,故C正确.
3.通电闭合直角三角形线框abc处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,电流方向如图所示,那么三角形线框受到的磁场力的合
力为( D )
A.方向垂直于ab边斜向上
B.方向垂直于ac边斜向上
C.方向垂直于bc边向下
D.为零
解析:通以顺时针的电流方向,根据左手定则可知,各边所受的安培力背离中心处,如图所示,由公式F=ILB得出各边的安培力的大小,从而得出安培力大小与长度成正比,因而两直角边的安培力的合力与斜边的安培力等值反向,所以线框所受磁场力的合力为零,故D正确.
4.如图所示,把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以在空间自由运动,当导线通以图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)( C )
A.顺时针方向转动,同时下降
B.顺时针方向转动,同时上升
C.逆时针方向转动,同时下降
D.逆时针方向转动,同时上升
解析:如图所示,将导线AB分成左、中、右三部分,中间一段开始时电流方向与磁场方向一致,不受力;左端一段所在处的磁场方向斜向上,根据左手定则其受力方向向外;右端一段所在处的磁场方向斜向下,受力方向向里.当转过一定角度时,中间一段电流不再与磁场方向平行,由左手定则可知其受力方向向下,所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动,一边向下运动,选项C正确.
5.(2016孝感期中)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随时间的关系为I=kt(k为常数,k>0),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像中,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=μFN=μFA=μBIL
=μBLkt,联立解得加速度a=g-t,故选项C,D错误.
6.(多选)电流表的灵敏度,是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小.偏角越大,灵敏度越高.下列方法可提高磁电式电流表灵敏度的是( ACD )
A.增强永久磁铁的磁性
B.增大螺旋弹簧的劲度系数
C.增大线圈的面积
D.增加线圈的匝数
解析:通电线圈在磁场中转动时,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动.电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大.要提高电流表的灵敏度,就要在通入相同的电流时,让指针的偏转角度增大.所以要减小螺旋弹簧的劲度系数,同时使安培力变大,即增强永久磁铁的磁性、增大线圈的面积和增加线圈的匝数.故选项A,C,D正确.
7.(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:若F安
α,摩擦力向下,随F安增大而一直增大,选项A正确.
8.如图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源,电路中有一阻值为R的电阻,其余电阻不计,将质量为m,长度为L的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小.
解析:导体棒受力示意图如图所示,导体棒受重力mg、支持力F
N和安培力F作用,由牛顿第二定律得
mgsin
θ-Fcos
θ=ma
F=BIL
I=
联立各式可得a=gsin
θ-.
答案:gsin
θ-
9.如图所示,导轨间的距离L=0.5
m,B=2
T,ab棒的质量m=1
kg,物块重G=3
N,ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,电源的电动势E=10
V,
r=0.1
Ω.导轨的电阻不计,ab棒电阻也不计,问R的取值范围怎样时棒处于静止状态 (g取10
m/s2)
解析:依据物体平衡条件可得
恰不右滑时:G-μmg-I1LB=0
①
恰不左滑时:G+μmg-I2LB=0
②
依据闭合电路欧姆定律可得
E=I1(R1+r)
③
E=I2(R2+r)
④
联立①③得
R1=9.9
Ω
联立②④得
R2=1.9
Ω
所以R的取值范围为1.9
Ω≤R≤9.9
Ω.
答案:1.9
Ω≤R≤9.9
Ω
10.如图为某科技小组设计的一电流表的原理示意图.质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,MN的长度大于,当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合;当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流.
(1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少 (重力加速度为g)
(2)若要电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接
(3)若k=2.0
N/m,=0.20
m,=0.050
m,B=0.20
T,此电流表的量程是多少 (不计通电时电流产生的磁场的作用)
解析:(1)设弹簧的伸长量为Δx,则有mg=kΔx
解得Δx=.
(2)为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下.因此M端应接正极.
(3)设满量程时通过MN的电流为Im,则有
BIm+mg=k(+Δx)
代入数据得Im==2.5
A,
所以此电流表的量程是0～2.5
A.
答案:(1) (2)M (3)0～2.5
A