- 磁场
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如图所示,在与水平方向成θ角的光滑的平行导轨上放一导体棒ab,第一次加一个竖直向上的匀强磁场,第二次加一个大小跟第一次相同、方向垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场,如果两次都使ab棒保持静止,求两次通过棒ab的电流I1和I2的比值是______.
正确答案
1:cosθ
解析
解:第一次加一个竖直向上的匀强磁场时,有共点力平衡可知mgsinθ=BI1Lcosθ
I1=
第二次加一个大小跟第一次相同、方向垂直于导轨平面斜向上的磁场时,由共点力平衡可知:mgsinθ=BI2L
I2=
联立解得:
故答案为:1:cosθ
如图所示,金属杆ab的质量为m,长为L,通过的电流为I,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,结果ab静止在水平导轨上.若磁场方向与水平导轨成θ角,求:
(1)棒ab受到的摩擦力;
(2)棒对导轨的压力.
正确答案
解析
解:作出金属杆受力的正视图,如图. 根据平衡条件得
Ff=FAsinθ
mg+FAcosθ=FN
又FA=BIL
解得:Ff=BILsinθ
FN=mg+ILcosθ
答:(1)棒ab受到的摩擦力是BILsinθ;
(2)棒对导轨的压力是mg+ILcosθ.
如图所示,磁场中的通电导线长度为0.5m,磁感应强度为2T,通过导线的电流强度为l A,求:
(1)通电导线受到安培力的方向;
(2)通电导线受到的安培力大小.
正确答案
解析
解:(1)由左手定则可以判断通电导线受到的安培力方向垂直导线向上;
(2)由F=BIL,得F=2×1×0.5 N=1 N.
答:(1)通电导线受到安培力的方向垂直导线向上;
(2)通电导线受到的安培力大小是1N.
把一根不计重力的、通电的硬直导线ab放在磁场中,导线所在区域的磁感线呈弧形,如图所示.导线可以在空中自由移动和转动,导线中的电流方向由a向b,关于导线的受力和运动情况下述说法正确的是( )
正确答案
解析
解:磁感线如图所示,
则由图示可知左侧导体所处的磁场方向斜向上,右侧导体所处的磁场斜向下,则由左手定则可知,左侧导体受力方向向外,右侧导体受力方向向里,故从上向下看,小磁针应为逆时针转动;当导体转过90°时,由左手定则可得导体受力向下,故可得出导体运动为逆时针转动的同时还要向下运动.即为a端转向纸外,b端转向纸里,且靠近磁铁,同时导线受到的安培力的方向一定与导线垂直.故AC正确,BD错误;
故选:AC
如图所示的等臂天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为l,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时,天平平衡;当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡.由此可知( )
正确答案
解析
解:由题可知B的方向垂直纸面向里,开始线圈所受安培力的方向向下,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向上,相当于右边多了两倍的安培力大小,所以需要在右边加砝码.则有mg=2NBIL,所以B=.故ABC错误,D正确
故选:D
如图所示,电源电动势为E=2V,内阻r=0.5Ω,竖直导轨电阻可以忽略不计,金属棒的质量m=0.1kg,电阻R=0.5Ω,有效长度为0.2m,靠在导轨的外面,它与导轨间的最大静摩擦力是其与导轨之间正压力的0.5倍.为使金属棒保持静止,我们施一与纸面平行的匀强磁场,则磁感应强度B的大小至少为______,方向______(填“竖直向上”或“竖直向下”).
正确答案
5T
竖直向下
解析
解:根据平衡条件知金属棒受向里的安培力,由左手定则知磁场方向竖直向下;
安培力:F=BIL
电流强度:
由平衡条件:水平方向有:FN=F
竖直方向:μFN=mg
解得:B=
故答案为:5T,竖直向下
通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内.电流方向如图所示,ad边与MN平行,关于MN的磁场对线框的作用,下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、直导线中的电流方向由N到M,根据安培定则,导线右侧区域磁感应强度方向向内,根据左手定则,ad边受向左的安培力,bc边受到向右的安培力,ab边受到向下的安培力,cd受到向上的安培力,方向全不同,故A错误;
B、离MN越远的位置,磁感应强度越小,故根据安培力公式F=BIL,ad边受到的安培力大于cb边,ab边受到的安培力等于cd受到受到的安培力,故B正确;
C、D、ab边受向左的安培力,cd边受到向右的安培力,ad边受到向下的安培力,bc受到向上的安培力;ab边受到的安培力大于cd边,ad边受到的安培力等于bc受到受到的安培力;故合力向左,故CD错误;
故选:B.
如图所示,长为2L的直导线AC折成边长相等,夹角为120°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,当在该导线中通以电流强 度为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( )
正确答案
解析
解:导线在磁场内有效长度为2Lsin60°=L,故该V形通电导线受到安培力大小为F=BI2lsin30°=
BIL,选项C正确.
故选:C
如图所示,在倾角为θ=30°的斜面上,固定一宽L=0.25m的平行金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E=12V,内阻r=1Ω,一质量m=20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好.整个装置处于磁感强度B=0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计).金属棒与金属导轨间的最大静摩擦力为0.05N,取g=10m/s2,要保持金属棒在导轨上静止,滑动变阻器R接入电路中的阻值可能为( )
正确答案
解析
解:金属棒受重力、摩擦力、安培力和支持力而平衡,
若电阻较小,电流较大时摩擦力沿斜面向下:mgsin30°+f=BIL
代入数据解得:I=0.75A
设变阻器接入电路的阻值为R,根据闭合电路姆定律可得:
E=I(R+r)
代入数据解得:R=15Ω
若电阻较大,电流较小时摩擦力沿斜面向上:mgsin30°=f+BI′L
代入数据解得:I′=0.25A
设变阻器接入电路的阻值为R,根据闭合电路姆定律可得:
E=I′(R′+r)
代入数据解得:R′=47Ω
所以15Ω≤R≤47Ω
故选:ABC
如图所示,PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨,相距1m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0.2kg,棒的中点用细绳经滑轮与物体相连,物体的质量M=0.3kg,棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下,为了使物体匀速上升,应在棒中通入多大的电流?方向如何?(g取10m/s2)
正确答案
解析
解:导体棒的最大静摩擦力大小为fm=0.5mg=1N,M的重力为G=Mg=3N,则fm<G,要保持导体棒匀速上升,则安培力方向必须水平向左,则根据左手定则判断得知棒中电流的方向为由a到b.
根据受力分析,由共点力平衡,则有F安-T-f=0
F安=BIL,
联立得:I=2A
答:为了使物体匀速上升,应在棒中通入2A的电流,方向由a向b
电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示,1982年,澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2km/s),若轨道宽2m,长为100m,通以恒定电流10A.(不计轨道摩擦)求:
(1)弹体的加速度;
(2)轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大?
(3)磁场力的最大功率为多大?
正确答案
解析
解:
(1)由运动学可得弹体的加速度为:
;
(2)安培力为F=BIL,进而由牛顿第二定律可得:
BIL=ma
解得:B==
T=55T;
(3)速度最大时磁场力的功率最大:Pm=BIL•vm=55×10×2×104W=1.1×107W.
答:
(1)弹体的加速度为5×105m/s2;
(2)轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为55T;
(3)磁场力的最大功率为1.1×107W.
(2015秋•滁州期末)如图所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,且接触良好,整套装置处于匀强磁场中.金属杆ab中通有大小为I的电流.已知重力加速度为g.
(1)若匀强磁场方向垂直斜面向下,且不计金属杆ab和导轨之间的摩擦,金属杆ab静止在轨道上,求磁感应强度的大小;
(2)若金属杆ab静止在轨道上面,且对轨道的压力恰好为零,需在竖直平面内加一匀强磁场,说明该磁场的磁感应强度大小和方向应满足什么条件.
正确答案
解析
解:(1)设磁感应强度为B1.根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上,金属杆ab受力如答图3.
根据平衡条件对金属杆ab有:B1IL=mgsinθ
解得:
(2)金属杆ab对导轨压力为零,则金属杆ab只受重力和安培力.
根据平衡条件对金属杆ab有:B2IL=mg
解得:
答:(1)磁感应强度的大小为;
(2)若金属杆ab静止在轨道上面,且对轨道的压力恰好为零.磁感应强度大小为,方向应满足垂直金属杆ab水平向右;
指出铜圆柱在图示情况下是否会动,能动的指出移动方向,不能动的说明原因.
图(a)为______;
图(b)为______;
图(c)为______.
正确答案
向左
不会移动,因为铜圆柱不受安培力
不会移动,因为安培力小于重力,则不会移动,若安培力大于重力,一脱离导轨,不受安培力,所以也不会移动.
解析
解:图(a)中,磁场方向竖直向上,根据电流方向,通过左手定则,判断出安培力的方向向左,则移动的方向向左.
图(b)中,磁场方向有N指向S,与电流的方向平行,所以铜圆柱不受安培力,不会移动.
图(c)中,磁场方向由N指向S,根据左手定则,知知安培力方向竖直向上,若安培力小于重力,则不会移动,若安培力大于重力,一脱离导轨,不受安培力,所以也不会移动.
故答案为:向左,不会移动,因为铜圆柱不受安培力,不会移动,因为安培力小于重力,则不会移动,若安培力大于重力,一脱离导轨,不受安培力,所以也不会移动.
在水平匀强磁场中,用两根相同的细绳水平悬挂粗细均匀的直导线MN,导线中通以从M到N的电流I,此时绳子受力都是F,为使F=0,可采用下列方法中的( )
正确答案
解析
解:A、MN开始受重力、向上的安培力和拉力处于平衡,若电流强度增大,根据FA=BIL,知安培力增大,则拉力减小,电流强度增大到某一值,拉力F可以为0.故A正确.
B、减小电流强度,根据FA=BIL,知安培力减小,则拉力增大.故B错误.
C、使电流反向,安培力反向,变成向下,要处于平衡,拉力不可能为0.故C错误.
D、磁场B反向,安培力反向,变成向下,要处于平衡,拉力不可能为0.故D错误.
故选A.
如图所示,一倾角为α=60°的光滑斜面上,一根长为L=1m,重G=3N,通有电流I=3A的金属棒.求:
(1)若匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上,且金属棒静止在斜面上,金属棒对斜面的压力?
(2)若金属棒静止在斜面且对斜面的压力为0,则匀强磁场的磁感应强度的大小和方向?
(3)让金属棒静止在斜面上需要的磁感应强度最小值多大?方向如何?
正确答案
解析
解:(1)对金属棒受力分析如图:
根据平衡条件:N==
=6N
根据牛顿第三定律:金属棒对斜面的压力N′=6N
(2)若金属棒静止在斜面且对斜面的压力为0,根据平衡条件所受安培力竖直向上,且BIL=mg
得:B==1T
由左手定则判断B的方向水平向右;
(3)当安培力平行于斜面向上时安培力有最小值,则B有最小值,
mgsinα=B′IL
得:B′==
T
由左手定则判断磁场方向垂直斜面向上;
答:(1)若匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上,且金属棒静止在斜面上,金属棒对斜面的压力为6N;
(2)若金属棒静止在斜面且对斜面的压力为0,则匀强磁场的磁感应强度的大小为1T和方向水平向右;
(3)让金属棒静止在斜面上需要的磁感应强度最小值为T,方向垂直斜面向上;.
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