第5.1節(jié)安培力(2)（原卷版）

第五章·磁場第1節(jié)安培力（2）◎目標(biāo)導(dǎo)航知識要點(diǎn)難易度1．電流天平2．磁電式電表3．動圈式揚(yáng)聲器4．電磁炮5．斜面上安培力的綜合運(yùn)用★★★★★★★★★★★★◎知識精講三、安培力的應(yīng)用1．電流天平線圈在磁場中受力向下，其大小可由天平的砝碼重力進(jìn)行測量，從而計算出電流強(qiáng)度。2．磁電式電表電流在蹄形磁體的磁場中受安培力而轉(zhuǎn)動，電流越大，指針轉(zhuǎn)到角度也越大，從而可以作為電流計測量電流強(qiáng)度。3．動圈式揚(yáng)聲器通電線圈連接著喇叭，隨著電流強(qiáng)弱的變化而振動發(fā)聲。4．電磁炮導(dǎo)軌和炮彈構(gòu)成回路，炮彈處于強(qiáng)磁場中，當(dāng)電路中通以強(qiáng)電流時，炮彈受到安培力而向前加速。一般用動能定理解題?！蚶}精講例1.如圖所示是電流天平原理示意圖，使用電流天平可測量通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力。長方形線圈abcd共繞15匝，底邊bc長5cm，掛在等臂天平的左端，并使線圈的bc邊水平地懸于某一勻強(qiáng)磁場中，線圈平面跟磁場垂直。先使天平保持平衡，然后在線圈內(nèi)通入0.5A的電流，天平失去平衡。設(shè)此時右盤上升，為使天平重新達(dá)到平衡，需在右端盤內(nèi)再加入37.5g砝碼。求：（1）線圈中電流的方向；（2）勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。例2.如圖所示為電磁軌道炮的工作原理圖。質(zhì)量為m的待發(fā)射彈體與軌道保持良好接觸，并可在寬為d、長L的兩平行水平軌道之間無摩擦滑動。電流I從一條軌道流入，通過彈體流回另一條軌道，用這種裝置可以把彈體加速到。不計空氣阻力，則軌道間勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是（）（A）（B）（C） （D）例3.如圖甲是磁電式表頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中線圈是繞在一個與指針、轉(zhuǎn)軸固連的鋁框骨架（圖中未指出）上，關(guān)于圖示軟鐵、螺旋彈簧、鋁框和通電效果，下列表述中正確的是（）（A）線圈帶動指針轉(zhuǎn)動時，通電電流越大，安培力越大，螺旋彈簧形變也越大（B）與蹄形磁鐵相連的軟鐵叫做極靴，其作用是使得磁極之間產(chǎn)生穩(wěn)定的勻強(qiáng)磁場（C）鋁框的作用是為了利用渦流，起電磁驅(qū)動作用，讓指針快速指向穩(wěn)定的平衡位置（D）乙圖中電流方向a垂直紙面向外，b垂直紙面向內(nèi)，線框?qū)⒛鏁r針轉(zhuǎn)動?！蚩键c(diǎn)題型考點(diǎn)01安培力和歐姆定律的綜合應(yīng)用例4.如圖所示，電源電動勢，內(nèi)阻，電阻，CD、EF為豎直平面內(nèi)兩條平行導(dǎo)軌，處在與導(dǎo)軌平面垂直的水平勻強(qiáng)磁場中，其電阻忽略不計。ab為金屬棒，質(zhì)量為，在導(dǎo)軌間的長度為，接在導(dǎo)軌間的電阻為，ab可在光滑導(dǎo)軌上垂直于導(dǎo)軌滑動且與導(dǎo)軌接觸良好，取。（1）當(dāng)S斷開，ab保持靜止時，求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??；（2）若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小取第（1）問中的值，求S接通瞬間，金屬棒的加速度大小及方向。考點(diǎn)02安培力在斜面上的綜合應(yīng)用例5.如圖所示，相距L=10cm的兩條平行光滑導(dǎo)軌組成的平面與水平面夾角θ=30°，導(dǎo)軌兩端M、N間接一電動勢E=3V、內(nèi)阻的電源，垂直于導(dǎo)軌平面有一勻強(qiáng)磁場，將質(zhì)量m=10g的金屬棒垂直放在平行導(dǎo)軌上，金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒恰能靜止不動。若兩導(dǎo)軌間金屬棒的電阻R=1Ω，試回答：（1）垂直于導(dǎo)軌平面的磁場方向是向上還是向下？（2）磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少？◎鞏固練習(xí)1. 為了提高航空母艦上飛機(jī)在單位時間內(nèi)起飛的架次，人們正研制一種電磁彈射裝置，它的基本原理如圖所示，待彈射的飛機(jī)掛在導(dǎo)體棒上，導(dǎo)體棒放置在處于勻強(qiáng)磁場中的兩條平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以很大的電流，使飛機(jī)和導(dǎo)體棒作為一個載流導(dǎo)體在磁場的作用下，沿導(dǎo)軌作加速運(yùn)動，從而將飛機(jī)以某一速度彈射出去．關(guān)于這種彈射裝置以下說法中正確選項(xiàng)全選的是（

）①導(dǎo)體棒中的電流方向是N→M②導(dǎo)體棒中的電流方向是M→N③可以通過改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小來改變飛機(jī)彈射出時速度④如要提高飛機(jī)的彈射速度，可以增大導(dǎo)軌中的電流（A）①②③ （B）②③④ （C）①③ （D）②④2. 如圖所示，一通電直導(dǎo)線在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中靜止于光滑斜面上，電流方向垂直于紙面向外。保持磁場強(qiáng)弱不變，僅把磁場方向按順時針逐漸旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)到水平向右，若要通電導(dǎo)線始終保持靜止，則應(yīng)控制導(dǎo)線內(nèi)的電流（）（A）逐漸增大（B）逐漸減小（C）先增大后減?。―）先減小后增大3.如圖所示，質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為的導(dǎo)軌上。已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為。當(dāng)導(dǎo)軌所在空間加如圖所示的磁場時，導(dǎo)體棒均靜止，則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的情況是（）（A）（B）（C）（D）4.如圖，固定在勻強(qiáng)磁場中的線框abc是由一根粗細(xì)均勻的導(dǎo)線彎折成的閉合等腰直角三角形，∠c=90°，線框所在平面與磁場方向垂直現(xiàn)將直流電源接在線框的a、b兩點(diǎn)間，此時ac受到的安培力大小為F，則（）（A）導(dǎo)線bc與ac受到的安培力相同（B）導(dǎo)線acb受到的安培力大小為F（C）導(dǎo)線ab與acb受到的安培力大小相等（D）整個線框受到的安培力大于2F5.（多選）如圖所示，在傾角為的斜面上，固定一寬L的平行光滑金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器。一質(zhì)量m的金屬棒與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好。整個裝置處在與斜面垂直的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)導(dǎo)體棒中電流為I時恰能保持靜止，重力加速度為g。則磁感應(yīng)強(qiáng)度B（）（A）大小為 （B）大小為（C）方向垂直斜面向上 （D）方向垂直斜面向下6.（多選）如圖所示，一根通電的直導(dǎo)線放在傾斜的粗糙導(dǎo)軌上，置于圖示方向的勻強(qiáng)磁場中，處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)逐漸增大電流，導(dǎo)體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小變化情況可能是（）（A）一直增大 （B）先增大后減?。–）先減小后增大 （D）始終為零7.如圖所示，為一種磁電式儀表的原理圖，可用它來測定電流的大小。無電流時，指針指在左邊。當(dāng)有電流時指針偏向右邊，則電流從__________接線柱進(jìn)入。8.如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌水平固定。兩導(dǎo)軌間距為L，左端接電源，其電動勢E=3V，內(nèi)阻為，在導(dǎo)軌右側(cè)放置根質(zhì)量為m的金屬棒，金屬棒電阻為，其他電阻不計，整個裝置處在勻強(qiáng)磁場中。磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與水平方向成斜向下，此時金屬棒恰好處于平衡狀態(tài)。已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。已知，，重力加速度。求：（1）金屬棒與金屬導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為多少？（2）從開始，突然將磁場方向調(diào)整為水平向左，同時對金屬棒施加一個水平向右大小為F的恒定拉力作用，（其余條件不變）則在末時，拉力F的瞬時功率為多少？9.如圖所示，兩個光滑的平行金屬導(dǎo)軌間的距離，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢、內(nèi)阻的直流電源，現(xiàn)把一個導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10m/s2，已知，。（1）求導(dǎo)體棒的質(zhì)量m；（2）現(xiàn)將磁場方向改為豎直向上，為使導(dǎo)體棒仍然保持靜止，則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為多大。10.如圖所示，在豎直向上磁感強(qiáng)度為2T的勻強(qiáng)磁場中，一與水平面成53°角的光滑導(dǎo)電軌道，軌道上放一可移動的金屬桿ab，電源電動勢為E=10伏，內(nèi)阻r=1歐，金屬桿ab跨接在導(dǎo)軌上的長L，質(zhì)量m為，求金屬桿的電阻R多大時可使桿在軌道上保持靜止？（軌道的電阻不計）11.如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖．光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道寬為L＝0.2m；在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1×102T；“電磁炮”彈體總質(zhì)量m＝0.2kg，其中彈體在軌道