2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做10 磁場對電流的作用

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1、大題精做十 磁場對電流的作用 1．如圖，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的磁感應強度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關與一電動勢為12 V的電池相連，電路總電阻為 2 Ω。已知開關斷開時兩彈簧的伸長量為0.5 cm；閉合開關，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質量。 【解析】依題意，開關閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。 開關斷開時，

2、兩彈簧各自相對于其原長伸長了Δl1＝0.5 cm，由胡克定律和力的平衡條件得：2kΔl1＝mg① 式中，m為金屬棒的質量，k是彈簧的勁度系數，g是重力加速度的大小。 開關閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝BIL② 式中，I是回路電流，L是金屬棒的長度。兩彈簧各自再伸長了Δl2＝0.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得 2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③ 由歐姆定律有E＝IR④ 式中，E是電池的電動勢，R是電路總電阻。 聯(lián)立①②③④式，并代入題給數據得m＝0.01 kg。⑤ 2．電磁緩速器是應用于車輛上以提高運行安全性的輔助制動裝置，其工作原理是利用電磁阻尼作用減緩車輛的速度。

3、電磁阻尼作用可以借助如下模型討論：如圖所示，將形狀相同的兩根平行且足夠長的鋁條固定在光滑斜面上，斜面與水平方向夾角為θ。一質量為m的條形磁鐵滑入兩鋁條間，恰好勻速穿過，穿過時磁鐵兩端面與兩鋁條的間距始終保持恒定，其引起電磁感應的效果與磁鐵不動、鋁條相對磁鐵運動相同。磁鐵端面是邊長為d的正方形，由于磁鐵距離鋁條很近，磁鐵端面正對兩鋁條區(qū)域的磁場均可視為勻強磁場，磁感應強度為B，鋁條的高度大于d，電阻率為ρ。為研究問題方便，鋁條中只考慮與磁鐵正對部分的電阻和磁場，其他部分電阻和磁場可忽略不計，假設磁鐵進入鋁條間以后，減少的機械能完全轉化為鋁條的內能，重力加速度為g。 (1)求鋁條中與磁鐵正對部分

4、的電流I； (2)若兩鋁條的寬度均為b，推導磁鐵勻速穿過鋁條間時速度v的表達式； (3)在其他條件不變的情況下，僅將兩鋁條更換為寬度b′>b的鋁條，磁鐵仍以速度v進入鋁條間，試簡要分析說明磁鐵在鋁條間運動時的加速度和速度如何變化。 【解析】(1)磁鐵在鋁條間運動時，兩根鋁條受到的安培力大小相等均為F安，有F安＝IdB① 磁鐵受到沿斜面向上的作用力為F，其大小有F＝2F安② 磁鐵勻速運動時受力平衡，則有F－mgsinθ＝0③ 聯(lián)立①②③式可得I＝④ (2)磁鐵穿過鋁條時，在鋁條中產生的感應電動勢為E，有E＝Bdv⑤ 鋁條與磁鐵正對部分的電阻為R，由電阻定律有R＝ρ⑥ 由歐姆定律

5、有I＝⑦ 聯(lián)立④⑤⑥⑦式可得v＝⑧ (3)磁鐵以速度v進入鋁條間，恰好做勻速運動時，磁鐵受到沿斜面向上的作用力F，聯(lián)立①②⑤⑥⑦式可得 F＝⑨ 當鋁條的寬度b′>b時，磁鐵以速度v進入鋁條間時，磁鐵受到的作用力變?yōu)镕′，有F′＝⑩ 可見，F(xiàn)′>F＝mgsinθ，磁鐵所受到的合力方向沿斜面向上，獲得與運動方向相反的加速度，磁鐵將減速下滑，此時加速度最大，之后，隨著運動速度減小，F(xiàn)′也隨著減小，磁鐵所受的合力也減小，由于磁鐵加速度與所受到的合力成正比，磁鐵的加速度逐漸減小。綜上所述，磁鐵做加速度逐漸減小的減速運動。直到F′＝mgsinθ時，磁鐵重新達到平衡狀態(tài)，將再次以較小的速度勻速下滑

6、。 1．如圖所示為一電流表的原理示意圖。質量為m的均質細金屬棒MN的中點處通過一掛鉤與一豎直懸掛的絕緣彈簧相連，絕緣彈簧勁度系數為k，在矩形區(qū)域abcd內有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外，與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標尺上的讀數，MN的長度大于。當MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合；當MN中有電流通過時，指針示數可表示電流強度。 (1)當電流表示數為零時，彈簧伸長為多少？(重力加速度為g) (2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應與電源正極相接？ (3)若k＝2.0N/m，＝0.20m，＝0.050m，B＝0.20T，此電流表的

7、量程是多少？(不計通電時電流產生的磁場的作用) (4)若要將量程擴大2倍，磁感應強度變?yōu)槎啻螅? 【解析】(1)設彈簧的伸長量為Δx，則有mg＝kΔx① 由①式得Δx＝。 (2)為使電流表正常工作，作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必須向下，因此M端應接正極。 (3)設滿量程時通過MN的電流為Im，則有BIm＋mg＝k(＋Δx) ② 聯(lián)立①②并代入數據得Im＝＝2.5A。 (4)設量程擴大后，磁感應強度變?yōu)锽′，則有2B′Im＋mg＝k(＋Δx) ③ 由①③式得：B′＝ 代入數據得：B′＝0.10T。 2．某同學設計了一個測量物體質量的電子裝置，其結構如圖甲、乙所示。E形

8、磁鐵的兩側為S極，中心為N極，可認為只有磁極間存在著磁感應強度大小均為B的勻強磁場。一邊長為L、橫截面為正方形的線圈套于中心磁極，線圈、骨架與托盤連為一體，總質量為m0，托盤下方連接一個輕彈簧，彈簧下端固定在磁極上，支撐起上面的整個裝置，線圈、骨架與磁極不接觸。線圈的兩個頭與外電路連接（圖上未標出）。當被測量的重物放在托盤上時，彈簧繼續(xù)被壓縮，托盤和線圈一起向下運動，之后接通外電路對線圈供電，托盤和線圈恢復到未放重物時的位置并靜止，此時由對應的供電電流可確定重物的質量。已知彈簧勁度系數為k，線圈匝數為n，重力加速度為g。問： (1)當線圈與外電路斷開時，以不放重物時托盤的位置為位移起點，

9、豎直向下為位移的正方向。試在圖丙中畫出，托盤輕輕放上質量為m的重物后，托盤向下運動過程中彈簧彈力F的大小與托盤位移x的關系圖象，再根據上面得到的F－x圖象，求從托盤放上質量為m的重物開始到托盤達到最大速度的過程中，彈簧彈力所做的功W； (2)當線圈與外電路接通時，通過外電路給線圈供電，托盤和線圈恢復到未放重物時的位置并靜止。若線圈能夠承受的最大電流為I，求該裝置能夠測量的最大質量M； (3)在線圈能承受的最大電流一定的情況下，要增大質量的測量范圍，可以采取哪些措施？（至少答出2種） 【解析】(1)未放重物時，彈簧已經被壓縮，彈力大小為m0g。 彈簧彈力F的大小與托盤位移x的關系圖象如圖

10、所示。 未放重物時：kx0＝m0 g 當托盤速度達到最大時k (x0＋x)＝(m0＋m)g 解得： 圖中陰影部分面積即為從托盤放上質量為m的重物開始到托盤達到最大速度的過程中，彈力所做的功的大小，彈力做負功有：。 (2)給線圈供電后，托盤回到原來的位置，線圈、骨架、托盤與重物處于平衡狀態(tài)，有： 2nBIL＋kx0＝(m0＋M)g 解得：。 (3)可以增加線圈的匝數、增大線圈的邊長、增大磁感應強度。 3．如圖所示，在傾角為30°的斜面上，固定一寬度L＝0.25 m的足夠長平行金屬光滑導軌，在導軌上端接入電源和滑動變阻器。電源電動勢E＝3.0V，內阻r＝1.0 Ω。質量m＝20g

11、的金屬棒ab與兩導軌垂直并接觸良好．整個裝置處于垂直于斜面向上的勻強磁場中，磁感應強度B＝0.80 T。導軌與金屬棒的電阻不計，取g＝10m/s2。 (1)如果保持金屬棒在導軌上靜止，滑動變阻器接入到電路中的阻值是多少； (2)如果拿走電源，直接用導線接在兩導軌上端，滑動變阻器阻值不變化，求金屬棒所能達到的最大速度值； (3)在第(2)問中金屬棒達到最大速度前，某時刻的速度為10m/s，求此時金屬棒的加速度大小。 【解析】(1)因為金屬棒靜止在金屬軌道上，受力平衡，如圖所示，安培力F0＝BIL 根據平衡條件知F0＝mgsin 30° 聯(lián)立解得：I＝0.5 A 設變阻器接入電路的阻

12、值為R，根據閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r) 解得R＝5 Ω。 (2)金屬棒達到最大速度時，將勻速下滑，此時安培力大小，回路中電流大小應與上面情況相同，即金屬棒產生的電動勢：E＝IR＝2.5 V 由E＝BLv得v＝12.5 m/s。 (3)當棒的速度為v?＝10 m/s，所受的安培力大小為N 根據牛頓第二定律得：mgsin 30°－F?＝ma 解得：a＝1 m/s2。 4．如圖所示，兩平行的光滑金屬導軌安裝在豎直面上，導軌間距為L、足夠長，下部條形勻強磁場的寬度為d，磁感應強度大小為B、方向與導軌平面垂直，上部條形勻強磁場的寬度為2d，磁感應強度大小為B0、方向平行導軌平面向下。

13、在上部磁場區(qū)域的上邊緣水平放置導體棒(導體棒與導軌絕緣)，導體棒與導軌間存在摩擦，動摩擦因數為μ。長度為2d的絕緣棒將導體棒和正方形的單匝線框連接在一起組成“”型裝置，總質量為m，置于導軌上，導體棒中通以大小恒為I的電流(由外接恒流源產生，圖中未圖出)，線框的邊長為d(d