第13期：安培力作用下的功能关系-备战2023年高考物理解题技巧专题课

高考物理解题技巧 系列专题课 决胜高考 第十三期：安培力作用下的功能关系 ——科学思维能力的培养 第十三期 安培力作用下的功能关系 1．安培力做功与能量转化 (1)安培力做正功时将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能． (2)安培力做负功时将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能． 2．安培力做功与动能定理结合，其解题步骤如下 (1)选取研究对象，明确它的运动过程； (2)分析研究对象的受力情况(若是立体图就改画成平面图)和各个力的做功情况，特别是分析安培力大小和方向，看安培力做正功还是负功，然后求各力做功的代数和； (3)明确初、末状态的动能； (4)列出动能定理的方程以及其他必要的解题方程进行求解． 第十三期 安培力作用下的功能关系 　（一）周期性变化的安培力做功问题 1、(多选)如图所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．从t＝0时刻起，棒上有如图2所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图1中I所示方向为电流正方向．则金属棒(　　) A．一直向右移动 B．速度随时间周期性变化 C．受到的安培力随时间周期性变化 D．受到的安培力在一个周期内做正功 [解析]　由左手定则可知，金属棒一开始向右做匀加速运动，当电流反向以后，金属棒开始做匀减速运动，经过一个周期速度变为0，然后重复上述运动，所以选项A、B正确；安培力F＝BIL，由图象可知前半个周期安培力水平向右，后半个周期安培力水平向左，不断重复，选项C正确；一个周期内，金属棒初、末速度相同，由动能定理可知安培力在一个周期内不做功，选项D错误． [答案]　ABC 第十三期 安培力作用下的功能关系 （二）电磁炮问题中的功能关系 2、2016年美国为第三艘朱姆沃尔特级驱逐舰配备了电磁轨道炮，海军开始进行电磁炮的海试工作．如图是“电磁炮”的原理结构示意图．光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0.2 m．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102 T．“电磁炮”弹体总质量m＝0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4 Ω.可控电源的内阻r＝0.6 Ω，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射．在某次试验发射时，电源为弹体提供的电流是I＝4×103 A，不计空气阻力．求： (1)弹体所受安培力大小． [解析]　 (1)在导轨通有电流I时，弹体作为导体受到磁场施加的安培力为 F＝ILB＝8×104 N. 第十三期 安培力作用下的功能关系 （二）电磁炮问题中的功能关系 2、2016年美国为第三艘朱姆沃尔特级驱逐舰配备了电磁轨道炮，海军开始进行电磁炮的海试工作．如图是“电磁炮”的原理结构示意图．光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0.2 m．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102 T．“电磁炮”弹体总质量m＝0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4 Ω.可控电源的内阻r＝0.6 Ω，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射．在某次试验发射时，电源为弹体提供的电流是I＝4×103 A，不计空气阻力．求： (2)弹体从静止加速到4 km/s，轨道至少要多长？ 第十三期 安培力作用下的功能关系 （二）电磁炮问题中的功能关系 2、2016年美国为第三艘朱姆沃尔特级驱逐舰配备了电磁轨道炮，海军开始进行电磁炮的海试工作．如图是“电磁炮”的原理结构示意图．光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0.2 m．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102 T．“电磁炮”弹体总质量m＝0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4 Ω.可控电源的内阻r＝0.6 Ω，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射．在某次试验发射时，电源为弹体提供的电流是I＝4×103 A，不计空气阻力．求： (3)弹体从静止加速到4 km/s过程中，该系统消耗的总能量． 第十三期 安培力作用下的功能关系 　（三）安培力与曲线运动的结合 3、(多选)如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨，左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝20 cm的光滑圆弧导轨相接．导轨宽度为20 cm，电阻不计．导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T. 一根导体棒ab垂直导轨放置，质量m＝60 g、电阻 R＝1 Ω，用两根长也为20 cm的绝缘细线悬挂，导体棒恰好与导轨接触．当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态．导体棒ab速度最大时，细线与竖直方向的夹角 θ＝53°(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g取10