《2025年步步高精准讲练物理选择性必修第二册》

5. (2025·浙江A9协作体高二期中)如图所示,固定在光滑水平桌面上的导体棒MN中通有较强的恒定电流,PQ是一段能够在水平桌面上自由运动的导体棒。初始时刻,PQ垂直于MN放在MN的一侧,现给PQ通以恒定电流,则下列四幅图中,能够正确反映此后紧接着的一段时间内PQ的可能位置的是(时间先后顺序为a、b、c)


 

答案： 5.D [根据右手螺旋定则分析可知，导体棒 $MN$ 在上方产生的磁场方向垂直于纸面向外。导体棒 $PQ$ 电流方向向上，根据左手定则可知，导体棒 $PQ$ 所受安培力方向向右。根据通电直导线在周围产生的磁场分布可知，离导体棒 $MN$ 越近，磁场越强，离导体棒 $MN$ 越远，磁场越弱。所以导体棒 $PQ$ 下半部分受力大于上半部分受力。故选 D。]

6. (13分)(2024·浙江浙东北联盟高二期中)如图所示,两平行导轨间距为L=0.5m,导轨电阻忽略不计。导体棒ab质量为m=60g,位于导轨间的电阻R=1Ω,与导轨竖直部分接触良好。已知电源电动势为E=3V,内阻为r=0.5Ω,定值电阻R₀=1.5Ω。在导体棒所在空间加一匀强磁场(图中仅用一根磁感线表示),磁场方向垂直于导体棒,且与竖直方向夹角θ可变,导体棒始终处于静止状态,重力加速度g取10m/s²,则:
(1)(4分)若磁场与竖直方向夹角θ=90°,求磁感应强度B₁的大小;
(2)(5分)若导轨竖直部分与导体棒间的动摩擦因数为μ=0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),且磁场与竖直方向夹角θ=0,求磁感应强度B₂的最小值;
(3)(4分)若导轨竖直部分与导体棒间的动摩擦因数为μ=0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),且磁场与竖直方向夹角θ=37°,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求磁感应强度B₃的最大值。

答案： 6.
(1)$1.2 T$
(2)$2.4 T$
(3)$6 T$
解析
(1)由闭合电路欧姆定律有$I = \frac{E}{R + r + R_0} = 1 A$，磁场与竖直方向夹角$\theta = 90°$，由左手定则可知安培力方向竖直向上，由受力分析得$mg = F_A$，$F_A = B_1IL$，解得$B_1 = 1.2 T$。
(2)磁场与竖直方向夹角$\theta = 0$时，安培力方向水平向右。由受力分析知，当导体棒重力恰好等于最大静摩擦力时，磁感应强度$B_2$有最小值。此时在竖直方向有$mg = F_f$，水平方向有$F_f = \mu F_A'$，$F_A' = B_2IL$，代入数据解得$B_2 = 2.4 T$。
(3)当磁感应强度最大时，摩擦力方向竖直向下。由受力分析得，竖直方向$F_A''\sin\theta = mg + F_f'$，水平方向$F_f' = \mu F_A''\cos\theta$，$F_A'' = B_3IL$，解得$B_3 = 6 T$。