- 磁场
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固定的直导钱与线圈abcd的平面垂直且隔有一小段距离,其中直导线固定,线圈可自由运动,当通过图所示的电流方向时,从左向右看,线圈将( )
正确答案
解析
解:根据安培定则可知,通电导线在右侧产生的磁场方向沿着圆周逆时针方向且垂直于ab和cd.根据左手定则可知,cd受到的安培力方向垂直纸面向外,ab受到的安培力方向垂直纸面向里,从左向右看,圆环将逆时针转动.在线圈转过90°时,通电直导线对ad产生吸引力,对bc产生排斥力,由于吸引力大于排斥力,圆环靠近导线.则从左向右看,线圈将逆时针转动,同时靠近直导线,故D正确.
故选:D.
如图所示,有一匀强磁场,磁感应强度B=1T.有一段长L=0.1m的导线垂直磁场方向放置,当导线中通以I=0.5A的水平向右的电流时,
(1)判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下;
(2)求导线所受到的安培力F的大小.
正确答案
解析
解:(1)由左手定则可以判断出,导线所受安培力的方向垂直导线向上.
(2)导线受到的安培力:F=BIL=1×0.5×0.1N=0.05N
答:(1)导线所受安培力的方向是垂直导线向上;
(2)导线所受到的安培力F的大小为0.05N.
如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R的电阻.匀强磁场方向与导轨平面垂直,质量为0.2kg,电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25.
求:(1)金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小(假设刚下滑时的金属棒受的摩擦力等于滑动摩擦力);
(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解析
解:(1)金属棒开始下滑的初速度为零,
根据牛顿第二定律:mgsinθ-μmgcosθ=ma ①
由①式解得:
a=10×(0.6-0.25×0.8)m/s2=4 m/s2.②
(2)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡
mgsinθ-μmgcosθ-F=0 ③
此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率:Fv=P④
由③、④两式解得
v==
m/s=10 m/s.
故当金属棒下滑速度达到稳定时,棒的速度大小为10m/s.
答:
(1)金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小为4m/s2;
(2)该速度的大小为10m/s.
在固定不动的通电长直导线的近旁,放置一个可以自由移动的通电矩形线圈,若线圈abcd与直导线在同一水平面内,电流方向如图中箭头所示,则( )
正确答案
解析
解:由右手螺旋定则判断出直导线的磁场,导线框在直导线右边,所处的磁场方向垂直纸面向里.
由左手定则判断导线框四边的受力情况,上下两边大小相等,方向相反,左右两边方向也相反,但由于导线周围磁感应强度的大小与它到导线的距离成反比,导线框左边受力比右边受力大,合力向左,所以导线框向左运动靠近通电长直导线.
故选:C.
将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示,已知磁感应强度为1T,试求出图中导线所受安培力的大小和方向?
正确答案
解析
解:根据左手定则安培力方向垂直导线水平向右,
大小为F=BIL=1×0.1×20×10-2N=0.02N
答:图中导线所受安培力的大小为0.02N,方向水平向右.
如图所示的四种情况,通电导体均置于匀强磁场中,其中通电导线不受安培力的是( )
正确答案
解析
解:根据左手定则来确定安培力的方向,其内容:伸开左手,大拇指与四指在同一平面,且与四指垂直,让磁感线穿过掌心,四指向为电流的方向,则大拇指向为安培力的方向.
A选项受到到安培力方向水平向左;B选项受到安培力方向水平向右;D选项受到安培力方向垂直纸面向里.
而C选项,由于通电导线与磁感线平行,所以没有磁场力.
故选:C
一根通有电流强度为I的直铜棒MN,用两根软导线挂在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向、电流方向如图所示,此时悬线中的张力大于零而小于直铜棒的重力.下列哪些情况下,悬线中的张力可能等于零( )
正确答案
解析
解:棒子开始受重力、向上的安培力、绳子的拉力处于平衡.
A、不改变电流方向,适当减小电流的大小,根据F=BIL知,安培力减小,则绳子的张力变大.故A错误.
B、不改变电流方向,适当增加电流的大小,根据F=BIL知,安培力增大,则绳子的张力会变为零.故B正确.
C、不改变电流的方向,适当增加磁感应强度,根据F=BIL知,安培力增大,绳子的张力会变为零.故C正确.
D、使原来电流反向,安培力反向,即使适当减小磁感应强度B,则拉力还增大.故D错误.
故选BC.
如图为研究磁场对通电导线的作用力的实验,问:
(1)若闭合开关,导体棒AB 受到的安培力方向______(“向左”或“向右”)
(2)如果向右滑动“滑动变阻器”触头,导体棒AB受到安培力方向______(“反向”或“不变”),安培力大小______(“变大”、“不变”或“变小”)
正确答案
向左
不变
变小
解析
解:利用左手定则可以判断受力方向(1)向左,
(2)当滑片滑动时,方向不变,但电流发生改变,故大小发生改变,
故答案为:(1)向左(2)不变,变小
如图所示,在同一水平面内的两导轨相互平行,相距为L=2m,并处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=1.2T.一根质量为m=3.6kg的金属棒放在导轨上,当金属棒中的电流为I1=5A时,金属棒作匀速运动;则金属棒所受摩擦力为______N;当金属棒中的电流增加到I2=8A时,金属棒获得的加速度a=______m/s2.
正确答案
12
2
解析
解:棒匀速动动,有:BI1L=f
棒匀加速运动时,有:BI2L-f=ma
联立两式,代入数据解得
f=12N
a=2 m/s2
故答案为:12,2
如图,CD直导线竖直固定,并通以由C向D的电流I1;AB直导线与CD导线垂直,并通有由A向B的电流I2,两导线之间有一小段距离,当AB直导线由静止释放,则它的运动情况是( )
正确答案
解析
解:根据右手螺旋定则可知,电流CD产生的磁场在右边垂直纸面向里,在左边垂直纸面向外,在AB左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向下,右边的电流元所受安培力方向向上,知AB导线逆时针方向转动.
当AB导线转过90°后,两电流为同向电流,相互吸引.
所以导线AB逆时针方向转动,同时靠近导线CD.
故D正确,A、B、C错误.
故选:D
如图所示,一个条形磁铁放在水平放置的台秤上,在它正中央的上方固定着一条垂直于纸面的水平导线,导线与磁铁垂直,如果给导线通以垂直于纸面向外的电流,则( )
正确答案
解析
解:
由磁铁的磁感线分布可知在导线处磁感线水平向左,依据左手定则可知,导线受到磁铁对其向下的安培力,由牛顿第三定律可知,导线会对条形磁铁竖直向上的反作用力,故磁铁对台秤的压力小于磁铁重力,则台秤压力减小,示数减小.故B正确
故选:B
如图所示,一根长50厘米,质量为200克的直导线ab,用细绳悬挂在磁感强度为0.1特的匀强磁场中,导线所在的竖直平面与磁场垂直.当导线通以______方向、电流强度为______A的电流时,才能使悬线的张力为零.
正确答案
a→b
40
解析
解:(1)由题意可知,安培力方向向上,因此根据左手定则可判断流过ab的电流方向为向右即a→b.
(2)由题意可得:
mg=BIL,所以有:I=
故答案为:a→b;40
如图,一条形磁铁放在水平桌面上,在它的正中央上方固定一直导线,导线与磁铁垂直,若给导线通以垂直于纸面向里的电流,与没有通电流时比较,则( )
正确答案
解析
解:(1)磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极,因为长直导线在磁铁的中央上方,所以此处的磁感线是水平的,电流的方向垂直与纸面向里,根据左手定则,导线受磁铁给的“安培力”方向竖直向上,如下图所示:
(2)长直导线是固定不动的,根据物体间力的作用是相互的,导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的;
(3)因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力,压力是增大的;因为这两个力的方向都是竖直向下的,所以磁铁不会发生相对运动,也就不会产生摩擦力.
故选:AC.
如图所示,两平行光滑导轨相距为L=20cm,金属棒MN的质量为m=10g,电阻R=9Ω,匀强磁场的磁感应强度B=
T,方向竖直向下,电源电动势E=10V,内阻r=1Ω,当开关S闭合时,MN恰好平衡,求变阻器R1的取值为多少?设θ=60°,g取10m/s2.
正确答案
解析
解:金属棒受重力mg、支持力N、安培力F的作用,力图如图:
MN受力平衡,所以:mgsinθ=BILcosθ…①
由闭合电路欧姆定律得:I=…②
由①②代入数据得:R1=10Ω;
答:变阻器R1的取值为10Ω.
如图,水平放置的光滑的金属导轨M、N,平行地置于匀强磁场中,间距为d,磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面夹为α,金属棒ab的质量为m,放在导轨上且与导轨垂直.电源电动势为E,定值电阻为R,其余部分电阻不计.则当电键闭合的瞬间,棒ab的加速度为多大?方向怎样?
正确答案
解析
解:由题意知,电键闭合时,导体棒中通过的电流方向是从a到b,根据左手定则知,导体棒受到的安培力方向如图所示
因为导体棒受三个力作用下在水平方向运动,故导体棒在竖直方向所受合力为0
由题意得:F=BIL
则导体棒所受的合力为:F合=F合x=Fsinα
根据牛顿第二定律,棒产生的加速度为:a=
在电路中,根据闭合电路欧姆定律有:I=
所以导体棒产生的加速度为:a==
,方向向左.
答:棒ab的加速度大小为,方向向左.
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