高中 | 安培力的常见力学问题 题目答案及解析

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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$$ab$杆长$L=0.5\;\rm \text{m}$,质量$m=0.2\;\rm \text{kg}$,杆与滑轨间的动摩擦因数$\mu =0.5$,杆受到的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,导轨与$ab$杆的电阻忽略不计。现调节滑动变阻器接入电路的阻值$R$,要使杆始终在导轨上保持静止,$g$$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$$20\\;\\rm \\Omega $时,$ab$棒可以保持静止

"]
[["AC"]]

$\rm A$.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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如图所示,正六边形线框的六条边和对角线均用完全相同材质和粗细的金属棒,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点、与直流电源两端相接,已如导体棒受到的安培力大小为,则线框受到的安培力的大小为 如图甲所示,粗细均匀的无限长光滑平行导轨固定在倾角的斜面上,在边界下方区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场,有两根相同金属棒、分别从磁场边界上方位置和边界位置同时由静止释放,棒运动的图像如图乙所示,其中、段为曲线,其它段为直线。已知磁感应强度,导轨间距,导体棒的质量均为,导体棒电阻均为,导轨电阻不计,取。求: 如图所示,两段足够长的光滑平行金属导轨水平放置,导轨左右两部分的间距分别为、;空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为,质量分别为、的导体杆、均垂直导轨放置,接入电路的电阻分别为、,导轨电阻忽略不计;、两杆同时分别以、的初速度向右运动,总在左边窄导轨上运动,总在右边宽导轨上运动,从开始运动到两杆稳定的过程中,下列说法正确的是 如图所示,两条相距为的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,空间内有方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根质量均为、电阻均为的导体棒、垂直放置于金属导轨不同位置,保持与导轨良好接触。某时刻给一个水平向右的初速度,此后过程中两导体棒不发生碰撞,则从该时刻起到两导体棒达到稳定状态的过程中 如图所示,间距为的水平光滑长导轨,左端接有一个电容器,电容为(不会被击穿),在虚线的左侧有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为。质量为的金属杆静置在导轨上,距离虚线的距离是,金属杆在水平向右恒力的作用下,开始向右运动,不计导轨与金属杆的电阻,下列说法正确的是 如图所示为水平面内的两根光滑平行导轨,左侧连接阻值为的定值电阻,处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小未知,与导轨宽度相同的导体棒质量为、电阻为,以初速度从图示位置沿着导轨向右滑动,滑动距离为后停下。棒与导轨始终接触良好,其他电阻不计,则
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