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高中 | 安培力的常见力学问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.4 通电导线在磁场中受到的力
安培力的常见力学问题
如图所示,平行导轨与水平面成$\theta =37^\circ $角,垂直导轨放置一根可自由移动的金属杆。匀强磁场的方向垂直导轨平面向下,磁感应强度大小$B=1.0\;\rm \text{T}$。已知接在导轨中的电源电动势$E=16\;\rm \text{V}$,内阻$r=1\;\rm \Omega$。$ab$杆长$L=0.5\;\rm \text{m}$,质量$m=0.2\;\rm \text{kg}$,杆与滑轨间的动摩擦因数$\mu =0.5$,杆受到的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,导轨与$ab$杆的电阻忽略不计。现调节滑动变阻器接入电路的阻值$R$,要使杆始终在导轨上保持静止,$g$取$10\;\rm \text{m}/{{\text{s}}^{2}}$,$\sin 37^\circ =0.6$,$\cos 37^\circ =0.8$,以下说法正确的是$(\qquad)$
$ab$棒受到的安培力沿斜面向上
","$ab$棒受到的安培力最大时,静摩擦达到最大值且方向沿斜面向上
","$ab$棒受到的最小安培力是$0.4\\;\\rm N$
","滑动变阻器$R$为$20\\;\\rm \\Omega $时,$ab$棒可以保持静止
"]$\rm A$.根据左手定则可知,$ab$棒受到的安培力沿斜面向上,$\rm A$正确;
$\rm BC$.$ab$棒受到的最大静摩擦力为${{f}_{\text{m}}}=\mu mg\cos \theta =0.8\;\rm \text{N}$
当安培力最大时,根据平衡条件可知最大静摩擦力沿斜面向下,安培力为${{F}_{\max }}={{f}_{\rm m}}+mg\sin \theta =2\;\rm \text{N}$
当安培力最小时,最大静摩擦力沿斜面向上${{F}_{\min }}=mg\sin \theta -{{f}_{\rm m}}=0.4\;\rm \text{N}$,故$\rm B$错误,$\rm C$正确;
$\rm D$.根据闭合电路欧姆定律$I=\dfrac{E}{r+R}$
安培力$F=BIL$
将最大最小安培力代入解得滑动变阻器$R$有效电阻的取值范围为$3\;\rm \Omega \leqslant R\leqslant 19\;\rm \Omega $,故$\rm D$错误。
故选:$\rm AC$。
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