高中物理综合题

在磁感应强度是4.0×10^-2 T的匀强磁场中，有一条与磁场方向垂直的导线ab，导线长为8 cm，通有2.5 A的电流，方向由a到b，如图所示.试求导线所受安培力的大小和方向.

如图15-2-27是导轨式电磁炮实验装置示意图.两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块(即实验用弹丸).滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触.电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块再从另一导轨流回电流.滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射.在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比例常量k=2.5×10^-6 T/A.

图15-2-27
已知两导轨内侧间距l="1.5" cm，滑块的质量m="30" g，滑块沿导轨滑行5 m后获得的发射速度v="3.0" km/s(此过程视为匀加速运动).
(1)求发射过程中电源提供的电流；
(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？
(3)若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度为s′.设砂箱质量为M，滑块质量为m，不计砂箱与水平面之间的摩擦，求滑块对砂箱平均冲击力的表达式.

质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图15-2-23所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力.

图15-2-23

如图15-1-15所示，一带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧A处和环上方B处分别放两个小磁针，平衡后小磁针北极的指向如何?

图15-1-15

如图15-1-14所示甲、乙是两种结构不同的环状螺线管的示意图.其中乙是由两个匝数相同、互相对称、半圆环形的螺线管串联而成的.给它们按图示方向通以电流，试画出磁感线的分布情况示意图.

图15-1-14

一细长的小磁针，放在一螺线管的轴线上，N极在管内，S极在管在外.若此小磁针可左右自由移动，则当螺线管通以如图15-1-12所示电流时，小磁针将怎样移动？
     
图15-1-12　　　　    图15-1-13

如图15-2-26所示，水平桌面上放置U形金属导轨，串接有电源.现将两根质量相等的裸导线L₁和L₂放在导轨上，方向与导轨垂直，导轨所在的平面有一个方向向上的匀强磁场.当合上开关后，两根导线便向右运动，并先后脱离导轨右端掉到水平地面上，测得它们落地位置与导轨右端的水平距离分别为s₁和s₂.求合上开关后：

图15-2-26
(1)安培力对导线L₁和L₂所做的功之比为多少;
(2)通过导线L₁和L₂的电荷量之比为多少.

一个密度ρ="9" g/cm³、横截面积S="10" mm²的金属环,处于径向对称、方向发散的磁场中,如图15-2-25所示,环上各点的磁感应强度为B="0.70" T,与环面夹角α=60°.若在环中通以顺时针方向(俯视)电流I="2" A,并保持Δt="0.2" s,试分析环将做什么运动,上升的最大高度是多少.(不计空气阻力)

图15-2-25

如图15-2-21所示，将一根长为L的直导线，由中点折成直角放在磁感应强度为B的匀强磁场中，导线平面与磁感线垂直.当导线中通以电流I后，求磁场对导线的作用力.

图15-2-21

两条光滑的水平金属导轨彼此平行，置于桌边，金属棒ab架在两导轨端点上并与导轨垂直，导轨区域内有竖直向下的匀强磁场，导轨另一端与电池、电容器连成电路，如图15-2-11所示.已知金属棒的质量m=5×10^-3kg，两导轨间距L="1.0" m，电池电动势E="16" V，电容器的电容量C="200" μF，磁场的磁感应强度B="0.5" T，金属棒在通电后受安培力作用而平抛出去，下落高度h="0.8" m，抛出落地水平位移S="0.064" m.试求开关K先接1，再接2，金属棒被抛出后电容器上电压的数值.

图15-2-11

如图所示，两根平行光滑金属导轨ab和cd置于同一水平面上，相互间隔为L="0.1" m，质量m="3" g的金属棒置于轨道右端，跨在两根导轨上，导轨左端通过开关S与电池连接，匀强磁场方向垂直轨道所在平面向上，磁感应强度B="0.1" T，轨道平面距地面高度h="0.8" m.接通开关S时，金属棒由于受安培力作用被水平抛出，落地点水平距离s′="2" m.取g="10" m/s²,求接通S瞬间，金属棒中通过的电荷量是多大？(假设接通S瞬间，金属棒中通过的是恒定电流)

如图所示，一根均匀的导体棒ab，长为l，质量为m，电阻为R₀，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导体ab由两根相同的轻质弹簧悬挂，并处在水平位置，这时每根弹簧的伸长量为x₀.若电源电动势为E，电阻不计，两根弹簧的总电阻为R，求当开关S闭合后，导体ab平衡时每根弹簧的伸长量x是多少？

如图15-2-12所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相距一小段距离，cd可以自由移动，试分析cd的运动情况.

图15-2-12

如图所示，在磁感应强度B="1.0" T、方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨，滑轨上放一个可以自由滑动的金属杆ab，已知接在滑轨中的电源电动势E="12" V，内阻不计，ab杆长L="0.5" m，质量m="0.2" kg，杆与平行滑轨间的动摩擦因数μ=0.1；不计滑轨与ab杆的电阻，取g="10" m/s²，sin37°=0.6.求接在滑轨上的变阻器R的阻值在什么范围内变化时，可以使ab杆在滑轨上保持静止?

如图所示，质量为m、长度为l的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与导轨平面成θ角斜向上.求 MN受到的支持力和摩擦力．