《 备考指南 物理 》课件-第9章 第1讲

第九章第1讲知识巩固练习1．如图所示，通电导线均置于匀强磁场中．其中导线不受安培力作用的是() A B C D【答案】C2．(多选)(2022年湖北名校质检)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图所示．a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等．将a、b、c三处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，则下列说法正确的是()A．B1＝B2<B3 B．B1＝B2＝B3C．a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里【答案】AC【解析】a、b和c处的磁感应强度均是三条通电导线单独存在时在各点处产生的磁场的叠加．由于通过三条导线的电流大小相等，结合安培定则可判断出三条导线在a、b处产生的合磁感应强度垂直于纸面向外，在c处垂直于纸面向里，且B1＝B2<B3.故A、C正确．3．如图所示，用悬线将蹄形磁铁悬于O点．在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线．当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况是()A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外、S极向纸内转动D．N极向纸内、S极向纸外转动【答案】C4．(多选)(2021年武汉检测)如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体”实验．若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.1T，玻璃皿的横截面半径a＝0.05m，电源的电动势E＝3V，内阻r＝0.1Ω，限流电阻R0＝4.9Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R＝0.9Ω.闭合开关后，当液体旋转时电压表的示数为1.5V，则()A．由上往下看，液体顺时针旋转B．液体所受的安培力大小为1.5×10－3NC．闭合开关后，液体热功率为0.081WD．闭合开关10s，液体具有的动能是3.69J【答案】BCD5．(2022年辽宁朝阳三模)如图所示，上、下两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反．一金属圆环垂直磁场放置，其直径与两磁场的边界重合．下列情况中，可使圆环受到垂直边界向上的安培力的是()A．仅增大B1B．仅增大B2C．同时以相同的变化率增大B1和B2D．同时以相同的变化率减小B1和B2【答案】B【解析】仅增大B1，由右手定则得，圆环中产生逆时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向下的安培力，A错误；仅增大B2，由右手定则得，圆环中产生顺时针方向的电流，由左手定则得圆环受到垂直边界向上的安培力，B正确；同时以相同的变化率增大或减小B1和B2，金属环中的磁通量始终为0不发生变化，圆环中不会出现感应电流，没有安培力，C、D错误．6．(多选)(2021年深圳罗湖月考)如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行导线a、b，分别通以80A和100A流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p，p到两导线的距离相等．则下列说法正确的是()A．两导线间受到的安培力为斥力B．两导线间受到的安培力为引力C．两导线间受到的安培力Fb＝1.25FaD．移走导线b前后，p点的磁感应强度方向改变【答案】BD【解析】导线b在导线a处产生的磁场方向垂直纸面向里，导线a电流的方向向左，由左手定则可知导线a受到的安培力向下．同理导线b受到的安培力向上，所以两导线间受到的安培力为引力，A错误，B正确．两导线受到的安培力是相互作用力，所以大小相等，C错误．根据右手螺旋定则，a、b中的电流在p点产生的磁场感应强度方向相反，移走导线b前，b的电流较大，则p点磁场方向与b产生磁场方向相同，垂直纸面向里；移走b后，p点磁场方向与a产生磁场方向相同，垂直纸面向外，D正确．7．(多选)(2021年武汉高三开学考试)磁感应强度大小为B的匀强磁场方向竖直向上，将一个三分之二圆弧形导体ab固定在图示位置，其圆心为O，半径为r.在导体中通以方向从a→b的恒定电流I，将磁场沿顺时针方向绕垂直纸面并过O点的轴缓慢旋转，下列说法正确的是()A．导体ab受到的安培力方向始终垂直纸面向外B．导体ab受到的安培力大小可能为零C．导体ab受到的安培力大小可能为BIrD．导体ab受到的安培力最大值为2BIr【答案】BC【解析】根据左手定则可知，磁场沿顺时针方向绕垂直纸面并过O点的轴缓慢旋转的过程中安培力的方向可能垂直纸面向外，也可能垂直纸面向里，A错误；当磁场的方向与ab的连线平行时，此时导体ab受到的安培力大小为零，B正确；三分之二圆弧形导体ab的连线长度L＝eq\r(3)r，当磁场方向与ab的连线垂直时，此时的安培力最大F安＝BIL＝eq\r(3)BIr，安培力最小值为0，所以在磁场转动过程中，导体b受到的安培力大小可能为BIr，C正确；当磁场方向与ab的连线垂直时，此时的安培力最大，为F安＝BIL＝eq\r(3)BIr，D错误．8．(2021年辽通名校期末)我国正在研制航母电磁弹射器，其工作原理与电磁炮类似．强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能，由弹射器转换为飞机的动能而将飞机弹射出去．下图是电磁弹射器简化原理图，平行金属导轨与强迫储能器连接，相当于推进器的导体棒ab跨放在导轨上，匀强磁场垂直于导轨平面向上．闭合开关S，强迫储能器储存的电能通过推进器释放，使推进器受到磁场的作用力而沿平行导轨向前滑动，推动飞机使飞机获得比滑跃大得多的加速度，从而实现短距离起飞的目标．若一切摩擦和电阻消耗的能量都不计，对于电磁弹射器，则下列说法正确的是()A．强迫储能器上端为正极B．飞机的质量越大，离开弹射器时的动能一定越大C．强迫储能器储存的能量越多，飞机被加速的时间一定越长D．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小【答案】D【解析】推进器受到磁场的作用力而沿平行导轨向前滑动，所以推进器受到向右的安培力．根据左手定则可知，导体棒中的电流方向从b向a，所以强迫储能器下端为正极，A错误；飞机离开弹射器时的动能由强迫储能器储存的能量转化而来的，与飞机质量无关，B错误；强迫储能器储存的能量转化为飞机的初动能，强迫储能器储存的能量越多，飞机的初动能越大，则初速度越大，所以加速度的时间越短，故C错误；根据F＝BIL可知，当L越小时，安培力越小，则飞机受到的合外力越小，则加速度越小，D正确．综合提升练习9．(2021年湖南名校联考)如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80T且垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，g取10m/s2.要保持金属棒在导轨上静止，求：(1)金属棒受到的安培力的大小；(2)通过金属棒的电流的大小；(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值．【答案】解：(1)金属棒静止在金属导轨上受到重力、支持力和沿斜面向上的安培力，由受力平衡F安＝mgsin30°，代入数据得F安＝0.1N.(2)由F安＝BIL，解得I＝0.5A．(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R.根据闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋r)，代入数据得R＝23Ω.10．如图所示，一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内，磁感应强度为B的匀强磁场与平面垂直．一足够长且质量为m的直导体棒沿x轴方向置于轨道上，在外力F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀加速直线运动，运动时棒与x轴始终平行．棒单位长度的电阻为ρ，与电阻不计的轨道接触良好，运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P＝kyeq\f(3,2)(SI)．求：(1)导体轨道的轨道方程y＝f(x)；(2)棒在运动过程中受到的安培力FA随y的变化关系；(3)棒从y＝0运动到y＝L过程中外力F做的功．【答案】解：(1)设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为(±x，y)，安培力F＝eq\f(B2l2v,R)，功率P＝eq\f(4B2x2v2,R)＝kyeq\f(3,2).棒做匀加速运动，v2＝2ay，R＝2ρx.代入前式得y＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4aB2,kρ)))2x2.轨道为抛物线．(2)安培力FA＝Beq\f(P,E)(2x)＝B(2x)eq\f(ky\f(3,2),B2xv)＝eq\f(ky\f(3,2),v).将v＝eq\r(2ay)代入得FA＝eq\f(k,\r(2a))y