第1章 专题提升课2 安培力作用下导体的运动-课后达标检测-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(人教版)

专题提升课2　课后达标检测 1.(多选)(2024·广东广州期末)两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环，则两铝环的运动情况是(　　) A．两环彼此相向运动 B．两环彼此背向运动 C．电流大的铝环加速度大 D．两环的加速度大小相等 3 4 5 6 7 8 2 1 √ √ 课后达标检测 解析：由题图可知，两环的电流方向相同，则两环之间的安培力为吸引力，两环彼此相向运动；根据牛顿第三定律可知，两环之间的安培力大小相等，则两环的加速度大小相等。 3 4 5 6 7 8 2 1 课后达标检测 2.如图所示，通电直导线ab位于两平行导线M、N横截面连线的中垂线上。当平行导线M、N通以同向等值电流时，下列说法正确的是(　　) A．ab顺时针旋转 B．ab逆时针旋转 C.a端向外、b端向里旋转 D．a端向里、b端向外旋转 3 4 5 6 7 8 1 2 √ 课后达标检测 解析：两个平行电流在直导线ab处产生的磁场都是同心圆，如题图所示，由磁场的叠加可知，两电流产生的磁场，直导线ab上半部分的合磁场方向都从左向右，则ab上半部分电流受到的安培力方向垂直于纸面向外；两电流产生的磁场，在直导线ab下半部分处的合磁场方向都从右向左，故ab下半部分电流受到的安培力方向垂直于纸面向里。所以，导线的a端向外旋转，导线的b端向里旋转。 3 4 5 6 7 8 1 2 课后达标检测 3.一架悬挂于天花板上的弹簧测力计下挂水平导线AB，导线中通有如图所示向右的电流I1，导线中心的正下方固定有与导线AB垂直的另一长直导线，当长直导线中通入向里的电流I2时，关于导线AB的运动及弹簧测力计示数的变化正确的是(　　) A．A端向外、B端向里转动，弹簧测力计的示数增大 B．A端向里、B端向外转动，弹簧测力计的示数减小 C.A端向里、B端向外转动，弹簧测力计的示数增大 D．A端向外、B端向里转动，弹簧测力计的示数减小 4 5 6 7 8 1 2 3 √ 课后达标检测 解析：根据安培定则可知，AB下方长直导线产生磁场的磁感线是同心圆，方向如图所示。因此对AB左半段，可以用左手定则判断出A端受到向外的力，同理也可以分析出B端受向里的力，从而使得A端转向纸外，B端转向纸里。AB转动后电流的方向也向里，两个电流之间相互吸引，所以AB对弹簧测力计的拉力将增大，则弹簧测力计的示数增大，故A正确。 4 5 6 7 8 1 2 3 课后达标检测 4.(多选)如图所示，两个完全相同、所在平面互相垂直的导体圆环P、Q中间用绝缘细线连接，通过另一绝缘细线悬挂在天花板上，当P、Q中同时通有图示方向的恒定电流时，关于两圆环的转动(从上向下看)以及细线中张力的变化，下列说法正确的是(　　) A．P顺时针转动，Q逆时针转动 B．P逆时针转动，Q顺时针转动，转动时两细线张力均不变 C．P与天花板连接的细线张力不变 D．P与天花板连接的细线和与Q连接的细线张力均增大 3 5 6 7 8 1 2 4 √ √ 课后达标检测 解析：根据安培定则可知，P产生的磁场的方向垂直于纸面向外，Q产生的磁场水平向右，根据同名磁极相互排斥的特点，P将顺时针转动，Q逆时针转动；转动后P、Q两环靠近部分的电流的方向相同，所以两个圆环相互吸引，两环间细线张力减小；由整体法可知，P与天花板连接的细线张力总等于两环所受的重力之和，大小不变，A、C正确。 3 5 6 7 8 1 2 4 课后达标检测 3 4 6 7 8 1 2 5 课后达标检测 (1)求电阻R的阻值。 解析：金属棒恰好不向上滑动，所受的摩擦力方向沿导轨向下，对金属棒受力分析如图所示 3 4 6 7 8 1 2 5 课后达标检测 答案：9 Ω　 3 4 6 7 8 1 2 5 课后达标检测 (2)若把电源更换为电动势E′＝4.0 V、内阻r＝1 Ω的电源，闭合开关S时，求金属棒的瞬时加速度大小。 3 4 6 7 8 1 2 5 答案：7 m/s2 课后达标检测 6．(多选)(2024·广东佛山期末)图甲是我国正在测试的超导磁流体推进器，它以喷射推进取代了传统的螺旋桨推进方式，图乙是其工作原理图。推进器中的超导体产生超强磁场B，电极C和D连接直流电源通过海水产生电流I，I、B及水流三者方向相互垂直。若用该推进器驱动船舶前进，则下列相关说法正确的是(　　) A．电极C需连接电源的正极，D需接 电源的负极 B．驱动船舶前进的动力是作用在水流 上的安培力 C．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在电极C、D上的作用力 D．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在超导磁体上的作用力 3 4 5 7 8 1 2 6 √ √ 课后达标检测 解析：根据题意可知，海水受到的安培力沿海水流动方向，由牛顿第三定律可知，海水对磁场(实质是对推进器中的超导磁体)的作用力沿船舶前进方向，即驱动船舶前进的动力，由左手定则可知，极板间电流由电极C到D，即电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极。 3 4 5 7 8 1 2 6 课后达标检测 7.(2024·江苏苏州校考)电磁轨道炮工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行光滑轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I0从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场)，弹体处磁感应强度的大小B＝kI0。通电的弹体在轨道上由于受到安培力的作用而高速射出。小明同学从网上购买了一个轨道炮模型，其轨道长度L＝50 cm，平行轨道间距d＝2 cm，弹体的质量m＝2 g，导轨中的电流I0＝10 A，系数k＝0.1 T/A。求： 3 4 5 6 8 1 2 7 课后达标检测 (1)弹体在轨道上运行的加速度大小a； 解析：弹体在轨道上所受安培力大小 F安＝BI0d， B＝kI0 根据牛顿第二定律F安＝ma 解得a＝100 m/s2。 答案：100 m/s2　 3 4 5 6 8 1 2 7 课后达标检测 (2)弹体离开轨道过程中受到安培力的冲量大小I。 3 4 5 6 8 1 2 7 答案：0.02 N·s 课后达标检测 8．(2024·江苏连云港统考期中)绝缘水平桌面有一竖直向上的匀强磁场B＝1 T，间距L＝1 m 的平行金属导轨固定在桌面上，左端连接电源的电动势E＝15 V，内阻r＝1 Ω。质量m＝0.5 kg 的金属棒垂直于导轨放置，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5。细线一端系在金属棒的中点，另一端通过桌边光滑定滑轮挂一重物时，金属棒恰处于静止状态且刚好不向右滑，细线水平且与金属棒垂直。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取 10 m/s2，金属棒接入电路的电阻R＝2 Ω，导轨电阻不计，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。 3 4 5 6 7 1 2 8 课后达标检测 (1)求悬挂重物的质量M。 3 4 5 6 7 1 2 8 答案：0.75 kg　 课后达标检测 (2)若锁定金属棒，保持磁感应强度大小不变，将磁场方向顺时针旋转过53°后解锁金属棒的瞬间，求重物加速度a的大小。 解析：设磁场旋转后轨道对金属棒的支持力为FN， BIL sin 53°＋FN＝mg 磁场旋转后，安培力水平方向分量减小，金属棒向右加速，有Mg－BIL cos 53°－μFN＝(m＋M)a 解得a＝3.2 m/s2。 答案：3.2 m/s2 3 4 5 6 7 1 2 8 课后达标检测 5.(2024·黑龙江绥化期末)如图所示，间距L＝ eq \r(3) m的平行金属导轨倾斜放置，与水平面的夹角θ＝30°。一质量m＝0.01 kg的金属棒垂直于导轨放置，并与定值电阻R(大小未知)、电动势E＝2 V(内阻不计)的电源、开关S构成闭合回路，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小B＝0.35 T的匀强磁场中。闭合开关S，金属棒恰好不会沿导轨向上滑动。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝ eq \f(\r(3),4) ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨和金属棒的电阻均不计，重力加速度g取10 m/s2，金属棒始终与导轨垂直且接触良好。 由平衡条件可知 mg sin θ＋μ(mg cos θ＋F安sin θ)－F安cos θ＝0 又F安＝B eq \f(E,R) L 联立解得R＝9 Ω。 解析：若把电源更换为电动势为4 V、内阻为1 Ω的电源，闭合开关S的瞬间，金属棒所受的安培力大小 F安′＝B eq \f(E′,R＋r) L>F安 根据牛顿第二定律有 F安′cos θ－mg sin θ－μ(mg cos θ＋F安′sin θ)＝ma 解得a＝7 m/s2。 解析：由动能定理可得F安L＝ eq \f(1,2) mv2 弹体受到的冲量大小I＝mv 解得I＝0.02 N·s。 解析：金属棒恰处于静止状态且刚好不向右滑，有 BIL＋μmg＝Mg 金属棒接入电路的电流I＝ eq \f(E,R＋r) 解得M＝0.75 kg。 $