- 磁场
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地球是个大磁体,在赤道上,地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场.如果赤道某处的磁感应强度大小为0.5×10-4T,在赤道上有一根东西方向的直导线,长为20m,载有从东往西的电流30A.则地磁场对这根导线的作用力大小为______,方向为______.
正确答案
3.0×10-2N
竖直向下
解析
解析 地磁场的磁感应强度为0.5×10-4 T,方向由南向北,导线垂直于地磁场放置,长度为20 m,载有电流30 A,则其所受安培力为:
F=BIL=0.5×10-4×30×20 N=3.0×10-2 N,
根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向竖直向下.
故答案为:3.0×10-2 N,竖直向下.
(2015秋•河南月考)我国两艘航空母舰正由位于上海的造船厂负责建造,首艘核动力航母预计2020年下水,工程院院士马伟明负责研制的电磁弹射技术已获成功,这加快了我国海军走向深蓝,如图所示,我国某艘航空母舰的水平跑道总长l=180m,其中电磁弹射器器是一种长度为l1=120m的直线电机,这种直线电机从头至尾可以提供一个恒定的牵引力F0.若我国动力航母舰载机使用歼-20,其空载质量为m=2.0×104kg,其发动机产生的最大推力为F1=1.8×105N.考虑到飞机在起飞过程中受到的阻力与速度大小有关,假设在电磁弹射阶段的平均阻力为飞机重力的0.05倍,在后一阶段的平均阻力为飞机重力的0.2倍.飞机离舰起飞的速度v=100m/s,g取10m/s2,飞机可视为质量恒定的质点.((1)结果可用根号表示,(2)问结果保留两位有效数字.)
请你求出:
(1)若航母静止,舰载机能否靠自身的发动机从舰上起飞(假定飞机受到的阻力不因有无电磁弹射力而改变)?
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置给舰载机的牵引力F0至少为多大?
正确答案
解析
解:(1)对加速全程,根据动能定理,有:
代入数据解得:m/s<100m/s
故不能从航母起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置需要有推力,对全程,根据动能定理,有:
(F1+F0)l-0.05mgl1-0.2mgl2=-0
代入数据解得:N
答:(1)若航母静止,舰载机不能靠自身的发动机从舰上起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置给舰载机的牵引力F0至少为5.9×105N.
将一条长度为L的直导线在中点处弯成直角,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,使导线所在平面与磁场垂直,如图所示.当导线中通电流I时,它受到的磁场力为( )
正确答案
解析
解:导线在磁场内有效长度为L,故该L形通电导线受到安培力大小为:
F=BI(L)=
.
故选:A.
如图所示,平行于纸面水平向右的匀强磁场,磁感应强度B1=1T、位于纸面内的细直导线,长L=1m,通有I=1A的恒定电流、当导线与B1夹角为θ=60°时,发现其受到的安培力为零,则该区域同时存在的另一个匀强磁场的磁感应强度B2的不可能值为( )
正确答案
解析
解:通电导线所受磁场力为零,则电流方向与磁场方向平行,
说明该区域同时存在的另一匀强磁场B2,并且B2与B1的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向,
由三角形定则可知,当B2与合磁场(通电导线)垂直时,磁场最小B2最小=B1sin60°,
则B2≥B1sin60°=T,所以B2的不可能值为
T,故A正确,BCD错误;
故选A.
如图所示,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架abcd.其中ab、cd边均与ad边成60°角,ab=bc=cd=L,长度为L的电阻丝电阻为R0,框架与一电动势为E,内阻r=
R0的电源相连接,垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场,则梯形框架abcd受到的安培力的大小为( )
正确答案
解析
解:根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向,如图
电路abcd上的电阻为3R0,由几何关系得,ad段的长度为2L,所以ad上的电阻为2R0,并联部分的总电阻为:
电路中的总电流:
路端电压:
abcd上的电流:
abcd上各段的安培力:
ad段的长度为l=2L
ad上的安培力:
各段受到的力中,F1 和F3在左右方向的分量大小相等,方向相反,相互抵消,所以线框受到的合外力:F=F1cos60°+F2+F3cos60°+F4=
所以四个选项中B正确.
故选:B
将长0.5m,通过4A电流的通电导线放在匀强磁场中,当导线和磁场方向垂直时,通电导线所受安培力为0.3N,则
(1)匀强磁场的磁感应强度B为多大?
(2)若将通电导线中的电流减为2A,这时导线受安培力为多大?
正确答案
解析
解:根据F=BIL得,匀强磁场的磁感应强度为:
B==
T=0.15T.
当电流减小时,磁感应强度不变,仍为:B=0.15T.
则导线所受的安培力为:F=BI′L=0.15×2×0.5N=0.15N.
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B为0.15T;
(2)若将通电导线中的电流减为2A,这时导线受安培力为0.15N.
把一根长为L=10cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中.
(1)当导线中通以I1=2A的电流时,导线受到的安培力大小为1.0×10-7N,试求该磁场的磁感应强度的大小B.
(2)若该导线中通以I2=3A的电流,试求此时导线所受安培力大小F,并判断安培力的方向.
正确答案
解析
解:(1)由B= 代入数据得:B=5×10-7T
故磁场的磁感应强度为5×10-7T.
(2)由F=BIL
代入数据得:F=1.5×10-7N
答:(1)当导线中通以I1=2A的电流时,导线受到的安培力大小为 1.0×10-7N,则该磁场的磁感应强度的大小5×10-7T.
(2)若该导线中通以I2=3A的电流,此时导线所受安培力大小1.5×10-7N.
(2015秋•天津期末)关于磁场中的通电导线和运动电荷的说法中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则,磁场对通电导线的作用力方向一定与磁场方向垂直.故A错误.
B、根据左手定则,磁场对运动电荷的作用力方向一定与速度方向垂直.故B正确.
C、由于洛伦兹力始终与速度方向垂直,洛伦兹力不做功,只受洛伦兹力作用时,其动能不变;但洛伦兹力与速度垂直,所以一直在改变速度的方向,故速度一直在变.故C错误.
D、电荷如果沿着磁场方向运动,则电荷不受洛伦兹力,根据牛顿第一定律,不受力将保持原来的匀速直线运动.故D错误.
故选:B
如图(a)所示,在竖直向上的匀强磁场中,质量为m=0.01kg的通电导体棒ab静止在间距L=0.5m、倾角α=37°的光滑倾斜导轨上,且导体棒中的电流大小为I=2.0A.
(1)在图(b)中做出ab的受力示意图;
(2)求出磁感应强度B的大小.
正确答案
解析
解:棒的受力情况如图
F2=mgtan37°=mg=0.075N
得B2==0.075T
答:若磁感应强度竖直向上,在图b中做出ab的受力示意图如图所示;磁感应强度B2的大小为0.075T.
如图所示,倾角为α=30°的光滑金属导轨宽为L,金属棒ab的电阻为R,质量为m,电源电动势为E,内阻为r,导轨电阻不计,匀强磁场的方向水平向右垂直于ab,金属棒静止.求:
(1)电源的输出功率;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,且保证棒仍然静止在导轨上,试求最小的B值.
正确答案
解析
解:(1)据闭合电路的欧姆定律知干路电流:I=…①
电源的输出功率:P=I2R…②
联立①②解得:P=
(2)以金属棒为研究对象,受力分析如图1所示.
由于金属棒静止,所以mg=BIL…③
联立①③解之得:B=
(3)以金属棒为研究对象,当磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,安培力方向也改变,且保证棒仍然静止,据图分析知,当安培力水平向右时,安培力最小,受力分析如图2所示.
据图知,最小安培力为:F=mgsinα…④
又因为:F=B1IL…⑤
联立①④⑤解之得:B1=
据左手定则知,磁场的方向垂直于斜面向下.
答:(1)电源的输出功率;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,且保证棒仍然静止在导轨上,求最小的B值,方向磁场的方向垂直于斜面向下.
粗细均匀的直导线ab的两端悬挂在两根相同的弹簧下边,ab恰好处在水平位置(如图所示).已知ab的质量为m=10g,长度L=60cm,沿水平方向与ab垂直的匀强磁场的磁感应强度B=0.4T.
(1)要使两根弹簧能处在自然状态,既不被拉长,也不被压缩,ab中应沿什么方向、通过多大的电流?
(2)当导线中有方向从a到b、大小为0.2A的电流通过时,两根弹簧均被拉长了△x=1mm,求该弹簧的劲度系数.
(3)当导线中由b到a方向通过0.2A的电流时,两根弹簧被拉长多少?(取g=9.6m/s2=9.6N/kg)
正确答案
解析
解:(1)要使两根弹簧能处在自然状态,根据平衡条件:mg=BIL
得:I==
=0.4A
安培力方向向上,由左手定则知电流方向由a到b;
(2)当导线中有方向从a到b、大小为0.2A的电流通过时,安培力方向向上,
根据平衡条件:BIL+2K△x=mg
得:k=24N/m
(3)当导线中由b到a方向通过0.2A的电流时,安培力变为方向向下,根据平衡条件:
BIL+mg=2k△x′
解得:△x′=3mm
答:(1)ab中应通有电流大小为0.4A,方向由a到b;
(2)劲度系数24N/m.
(3)弹簧被拉长3mm.
利用图示装置可以测定匀强磁场的磁感应强度B.已知单匝矩形线圈宽为L,磁场垂直于纸面,当线圈中通以方向如图所示的电流I时,天平如图示那样平衡.当电流大小不变,方向改变时,在右边再加质量为m的砝码后,天平才重新平衡.试求出磁感应强度的大小和方向.
正确答案
解析
解:由题意知开始安培力方向为竖直向下,
据左手定则知B的方向垂直纸面向里.
设线圈重力为G,单匝矩形线圈受到安培力为 F=BIL
电流为图示方向时:m1g=m2g+G+F
电流反向时:m1g=m2g+G+mg-F
解以上两式得
答:磁感应强度的大小为,方向垂直纸面向里
(2015秋•潍坊校级期末)如图a和图b所示,长都为20cm的直导线中的电流强度都为2A,匀强磁场的磁感应强度都为0.5T,图a的磁场方向水平向右,图b中磁场方向垂直纸面向里,则图a中导线所受的安培力大小为______,方向______,图b中导线所受的安培力大小为______,方向______.
正确答案
解析
解:当B与I不垂直时,安培力F=BILsinθ
代入数据得:F=0.1N
由左手定则判断安培力的方向垂直纸面向外
b中B与I方向垂直,故F=BIL=0.2N
由左手定则判断方向垂直导线向下.
故答案为:0.1N,垂直纸面向外;0.2N,垂直导线向下.
在磁场中,放置一小段长为L,通有电流I的导线,关于导线所在处的磁感强度,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若磁感应强度为零,导线所受的安培力为零,故A正确.
B、当电流的方向与磁场方向垂直时,F=BIL,磁感应强度B=,故B错误.
C、根据左手定则知,安培力的方向不是该点磁场的方向,故C错误.
D、移去导线,该处的磁感应强度不变,故D错误.
故选:A.
关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、根据左手定则可知,安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直,即与电流和磁场方向都垂直,故A错误,B正确;
C、磁场与电流不垂直时,安培力的大小为F=BILsinθ,则安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角有关,故C正确;
D、若将直导线在垂直于磁场的方向的平面内从中折成直角,安培力的大小一定变为原来的;若将直导线从中折成直角,当一部分电流方向与磁场的方向平行,所受安培力为0,所以安培力的大小一定变为原来的一半;故D错误.
故选:BC.
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