物理總第九章 磁場(chǎng) 9-1-3 與安培力有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題

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1、與安培力有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題0101020203030404備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練 課堂互動(dòng)課堂互動(dòng) 題組剖析題組剖析從教材走向高考：磁場(chǎng)中的平衡從教材走向高考：磁場(chǎng)中的平衡問(wèn)題問(wèn)題 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 課堂互動(dòng)課堂互動(dòng)1與安培力有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題與其他力學(xué)問(wèn)題一樣，受力分析是關(guān)鍵。利用左手定則正確分析安培力的方向，用安培力公式正確求解其大小，根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程求解。2.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平衡問(wèn)題的分析思路(1)選定研究對(duì)象(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫(huà)出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安B、F安I.(3)列平衡方程.課堂互動(dòng)課堂互動(dòng)如圖所示題組剖析題組剖析典例 如圖所

2、示，U形平行金屬導(dǎo)軌與水平面成37角，金屬桿ab橫跨放在導(dǎo)軌上，其有效長(zhǎng)度為0.5 m，質(zhì)量為0.2 kg，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1。空間存在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。要使ab桿在導(dǎo)軌上保持靜止，則ab中的電流大小應(yīng)在什么范圍？(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)轉(zhuǎn)到解析題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)到下頁(yè)甲乙題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題轉(zhuǎn)到上頁(yè)甲乙1如圖所示，兩平行的粗糙金屬導(dǎo)軌水平固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，一端與電源連接。一質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直于平行導(dǎo)軌放置并接觸良好，金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ，在安

3、培力的作用下，金屬棒以v0的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，可使流過(guò)導(dǎo)體棒的電流最小，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與豎直方向的夾角為() A37 B30 C45 D60題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)到解析題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題題組剖析題組剖析2(多選)如圖所示為電磁軌道炮的工作原理圖。待發(fā)射彈體與軌道保持良好接觸，并可在兩平行軌道之間無(wú)摩擦滑動(dòng)。電流從一條軌道流入，通過(guò)彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道平面的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與電流I成正比。通電的彈體在安培力的作用下離開(kāi)軌道，則下列說(shuō)法正確的是()A彈體向左高速射出BI為原來(lái)的2倍，彈體射出的速度也為原來(lái)

4、的2倍C彈體的質(zhì)量為原來(lái)的2倍，射出的速度也為原來(lái)的2倍D軌道長(zhǎng)度L為原來(lái)的4倍，彈體射出的速度為原來(lái)的2倍轉(zhuǎn)到解析題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題題組剖析題組剖析磁場(chǎng)中的平衡問(wèn)題 題源：人教版選修31P94T3 如圖3.411所示為電流天平，可以用來(lái)測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長(zhǎng)為l，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時(shí)需要在左盤(pán)中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到新的平衡。(1)導(dǎo)出用n、m、l、I計(jì)算B的表達(dá)式； (2)當(dāng)n9，l10.0 cm，I0.10 A，m

5、8.78 g時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？ 題組剖析題組剖析拓展1如圖所示，用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長(zhǎng)MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場(chǎng)發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是() 轉(zhuǎn)到解析題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題題組剖析題組剖析拓展2（2015全國(guó)卷，24）如圖12，一長(zhǎng)為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12 V的電池相連，電路總電阻為2 。已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧

6、的伸長(zhǎng)量均為0.5 cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2。判斷開(kāi)關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。轉(zhuǎn)到解析題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題題組剖析題組剖析拓展3(2015浙江理綜，24)小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“電磁天平”，如下圖所示，等臂天平的左臂為掛盤(pán)，右臂掛有矩形線圈，兩臂平衡。線圈的水平邊長(zhǎng)L0.1 m，豎直邊長(zhǎng)H0.3 m，匝數(shù)為N1。線圈的下邊處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B01.0 T，方向垂直線圈平面向里。線圈中通有可在02.0 A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I。掛盤(pán)放上待測(cè)物體后，調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡，測(cè)出

7、電流即可測(cè)得物體的質(zhì)量。(重力加速度取g10 m/s2)轉(zhuǎn)到下頁(yè)題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)到上頁(yè)題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題轉(zhuǎn)到下頁(yè)題組剖析題組剖析轉(zhuǎn)回原題轉(zhuǎn)到上頁(yè)規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)1.基本思路2求解關(guān)鍵(1)電磁問(wèn)題力學(xué)化(2)立體圖形平面化求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問(wèn)題的思路與關(guān)鍵備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練【備選訓(xùn)練1】 如圖所示,光滑的平行導(dǎo)軌與電源連接后,與水平方向成 角傾斜放置,導(dǎo)軌上放一個(gè)質(zhì)量為m的金屬導(dǎo)體棒當(dāng)S閉合后,在棒所在區(qū)域內(nèi)加一個(gè)合適的勻強(qiáng)磁場(chǎng),可以使導(dǎo)體棒靜止平衡,下面四個(gè)圖中分別加了不同方向的磁場(chǎng),其中一定不能平衡的是().解析四種情況的受力分別如圖所示，A、C有可能平衡，D中如果重

8、力與安培力剛好大小相等，則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間沒(méi)有壓力，也可以平衡，B中合外力不可能為零，一定不能平衡 答案B 解析顯解析顯隱隱mgFFNFmgFNmgFFNmgF【備選訓(xùn)練2】如圖所示，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌所在平面與水平面間的夾角為.整個(gè)裝置處于沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中. 金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，當(dāng)金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時(shí)，金屬桿ab剛好靜止. 則() A. 磁場(chǎng)方向豎直向上 B. 磁場(chǎng)方向豎直向下 C. 金屬桿ab受安培力的方向平行導(dǎo)軌向上 D. 金屬桿ab受安培力的方向平行導(dǎo)軌向下備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練解析：金屬桿受力分析如圖所示，當(dāng)磁場(chǎng)方向豎直向上時(shí)，由左手定則可知安培力水平向右，金屬桿ab受力可以平衡，A正確；若磁場(chǎng)方向豎直向下，由左手定則可知安培力水平向左，則金屬桿ab受力無(wú)法平衡，B、C、D錯(cuò)誤. 答案：A解析顯隱解析顯隱ab桿的受力情況怎樣？備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練【備選訓(xùn)練3】如圖示，一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN兩端分別放在兩個(gè)固定的光滑圓形導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌平行且間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體棒中通一自右向左的電流I時(shí)，導(dǎo)體棒靜止在與豎直方向成37角的導(dǎo)軌上取sin370.6，cos370.8，求：(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(2)每個(gè)圓導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)體棒的支持力大小FN.轉(zhuǎn)到解析備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)回原題