| 安培力的常见力学问题 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

用粗细均匀的相同硬导线制成“$☆$”形的导体框,“$☆$”的$10$条边长度均相等。将导体框放置在磁场方向垂直导体框平面向里的匀强磁场中,在$a$$c$之间接一直流电源,电流方向如图所示,若$abc$边受到的安培力大小为$F$,则整个导体框受到的安培力大小为$(\qquad)$

["

$F$

","

$\\dfrac{5}{3}F$

","

$2.5F$

","

$5F$

"]
[["B"]]

设五角星每边的电阻为$R$,流过$abc$边的电流为$I$,设$ac$连线长度为$L$

$abc$边的总电阻为$4R$$abc$边并联部分的总电阻为$6R$,流过$abc$的电流为$I$,则流过$abc$并联部分的电流$I'\dfrac{I \times 4R}{6R}=\dfrac{2I}{3}$

$abc$边所受安培力大小$F=BIL$

$abc$并联部分所受安培力大小$F'=BI'L= \dfrac{2}{3}BIL= \dfrac{2}{3}F$

整个导体框受到的安培力大小为$F_{总}=F+F^\prime=F+ \dfrac{2}{3}F= \dfrac{5}{3}F$,故$\rm B$正确,$\rm ACD$错误。

故选:$\rm B$

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在自动化装配车间,常采用电磁驱动的机械臂系统,如图,、为两条足够长的光滑平行金属导轨,间距为,电阻忽略不计。导轨置于磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨上有与之垂直并接触良好的金属机械臂和,质量均为,电阻均为。导轨左侧接有电容为的电容器。初始时刻,机械臂以初速度向右运动,机械臂静止,运动过程中两机械臂不发生碰撞。系统达到稳定状态后,电流为零,两机械臂速度相同。 年,我国阶段性建成并成功运行了“电磁橇”,创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示,两间距为的平行长直光滑金属导轨固定在同一水平面内,导轨间垂直安放金属棒,电流从一导轨流入,经过金属棒,再从另一导轨流回(图中未画出电源)。两导轨电流在金属棒所在处产生的磁场可视为匀强磁场,磁感应强度与电流的关系为(为常量)。 电磁炮的工作原理如图,水平面上放置两根间距为、长度为的平行导轨,导轨上放有质量为的炮弹,通上电流后,炮弹沿导轨水平加速运动。设炮弹与导轨间的弹力沿竖直方向,导轨间的磁感应强度为,方向垂直导轨平面向下,不计空气阻力,已知重力加速度大小为。当电流为时(不考虑电流对磁场的影响),炮弹恰好做匀速直线运动。则炮弹受到安培力的大小为,炮弹与导轨间的动摩擦因数为;若将电流增大一倍,则静止的炮弹可在导轨上获得的最大速度的大小为。 如图所示,与水平面成角的光滑平行倾斜导轨,下端接阻值为的电阻。导轨中间虚线框部分为边长的正方形。时刻,质量为、阻值为的导体棒垂直导轨放置,从距离上端虚线的位置由静止释放,同时虚线框内匀强磁场磁感应强度由开始随时间均匀增加,方向垂直导轨平面向上。当导体棒刚进入磁场时,磁感应强度停止变化,且导体棒恰能匀速下滑。不计导轨电阻,重力加速度为。求: 如图所示,某兴趣小组设计了一新型两级水平电磁弹射系统。第一级由间距为的水平金属导轨、可在导轨上滑行的导电动子、输出电压恒为的电源和开关组成,由此构成的回路总电阻为;第二级由固定在动子上间距也为的导电“”形滑杆、锁定在滑杆上可导电的模型飞机组成,由此构成的回路总电阻为。另外在第二级回路内固定一超导线圈,它与第一、第二两级回路三者彼此绝缘。导轨间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。接通开关,动子从静止开始运动,所受阻力与其速度成正比,比例系数为。当动子运动距离为时(可视为已匀速),立即断开,在极短时间内实现下列操作:首先让超导线圈通上大电流,产生竖直方向的强磁场,在第二级回路中产生磁通量;再让超导线圈断开,磁场快速消失,同时解锁飞机,对飞机实施第二次加速,飞机起飞。已知动子及安装其上所有装备的总质量为,其中飞机质量为,在运动过程中,动子始终与导轨保持良好接触,忽略导轨电阻。 如图所示,倾斜轨道与水平面的夹角为,倾斜轨道上放置一光滑的导电金属导轨,导轨间距为,间接有一直流电源,段垂直于导轨放置一金属棒,回路内的电流为,整个空间处在磁感应强度为的竖直向上的匀强磁场中,金属棒刚好处于静止状态,已知重力加速度为,则
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