- 磁场
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如图所示,直角三角形通电闭合线圈ABC处于匀强磁场中,磁场垂直纸面向里,则线圈所受磁场力的合力为( )
正确答案
解析
解:若通以顺时针的电流方向,根据左手定则可知:各边所受的安培力背离中心处.如图所示,
由公式F=BIL得出各边的安培力的大小,从而得出安培力大小与长度成正比,因而两直角边的安培力与斜边的安培力等值反向.所以线圈所受磁场力的合力为零.
故选:A.
如图所示,在磁感应强度B=1T、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,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab.已知接在滑轨中的电源电动势E=12V,内阻r=0.1Ω.ab杆长L=0.5m,质量m=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直,与轨道面平行),物体的质量为M=0.3kg.杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计.求:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?(g取10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留两位有效数字)
正确答案
解析
解:分别画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析图,如图所示,
当ab杆恰好不下滑时,如图甲所示.由平衡条件有:
沿斜面方向T+mgsin θ=μFN1+F安1cos θ
垂直斜面方向FN1=mgcos θ+F安1sin θ
而F安1=B L,
代入数据解得:R1≈1.3Ω.
当ab杆恰好不上滑时,如图乙所示.由平衡条件有:
沿斜面方向:mgsin θ+μFN2=T+F安2cos θ
垂直斜面方向:FN2=mgcos θ+F安2sin θ
而F安2=BL,
代入数据解得:R2≈0.92Ω.
所以,要使ab杆保持静止,R的取值范围是0.92Ω≤R≤1.3Ω.
答:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值的取值范围为:0.92Ω≤R≤1.3Ω
如图所示,直导线处于足够大的匀强磁场中,与磁感线成θ=30°角,导线中通过的电流为I为了增大导线所受的磁场力,采取了下列四种办法,其中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由公式F=BIL,当增大电流时,可增大通电导线所受的磁场力.故A正确;
B、由公式F=BIL,当增加直导线的长度时,可增大通电导线所受的磁场力.故B正确;
C、当使导线在纸面内顺时针转30°时,导线有效切割长度缩短,则所受磁场力变小,故C错误;
D、当使导线在纸面内逆时针转60°时,导线有效切割长度伸长,则所受磁场力变大,故D正确;
故选:ABD
(1)如图所示,通电直导线在垂直纸面向外磁场中,若导线中电流强度I=2A,导线长L=0.3m,匀强磁场的磁感应强度B=0.6T,求通电导线所受的安培力F的大小.
(2)若通电直导线与外磁场方平行,所受的安培力F的多大?
正确答案
解析
解:(1)电流元与磁场垂直,安培力为:
F=BIL=0.6×2×0.3=0.36N
(2)若通电直导线与外磁场方平行,安培力为零;
答:(1)安培力为0.36N;
(2)安培力为零.
在图中,PQ,MN为光滑金属导轨,ab为金属棒,与电源组成闭合电路,该装置在竖直平面内.为使ab静止,可将该装置放在匀强磁场中,其磁场方向应是( )
正确答案
解析
解:根据平衡条件,金属棒所受安培力与重力等大反向,即安培力的方向竖直向上,导体中的电流由a到b,然后根据左手定则判断磁场的方向为垂直于纸面向内;
故选:D.
据报道,最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮,其原理如图所示.炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间,并与轨道壁紧密连接.开始时炮弹静止在导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出,设两导轨之间的距离d=0.10m,导轨长L=5.0m,炮弹质量m=0.30kg.导轨上的电流I的方向如图中箭头所示.可以认为炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0T,方向垂直于纸面向里.若炮弹整个加速过程仅需0.005s,(假设整个加速过程为匀加速运动且不计一切阻力.)求:
①该加速阶段炮弹的加速度
②通过导轨的电流I.
正确答案
解析
解:
(1)由运动学公式可得:
,
解得:
.
(2)安培力为:F=BId
又:
F=ma,
解得:
I==6000A.
答:(1)炮弹的加速度为4000m/s2.(2)通过导轨的电流I为6000A.
请在图中画出磁场的方向:
正确答案
解析
解:已知电流方向垂直向内,安培力方向水平向右,根据左手定则,磁场方向竖直向上,如图所示:
答:如图所示.
如图所示,A为电磁铁,C为胶木称盘,A和C(包括支架)的总质量为M,B为铁片,质量为m,当电磁铁通电,铁片被吸引上升的过程中,轻绳OO′上拉力F的大小为( )
正确答案
解析
解:当电磁铁通电前,绳的拉力应为(M+m)g;当电磁铁通电后,铁片被吸引上升.常识告诉我们,铁片被吸引,向电磁体运动靠近,其运动情况是变加速运动,即越靠近电磁铁,吸力越大,加速度越大.根据F=ma可知,此过程中超重,吸引力大于铁片重力.由于磁力,将整个电磁铁装置与铁片联系到一起.因为电磁铁吸引铁片的吸引力大于铁片的重力,则根据作用力与反作用力原理,铁片吸引电磁铁的力F‘为F的反作用力,大小相等、方向相反,且作用在两个不同的物体上.所以,绳的拉力大于(M+m)g.所以选项D正确,ABC错误.
故选:D
(2015秋•江阴市月考)如图所示,匀强磁场磁感应强度为B,方向竖直向上,移动导轨长度为L,流过导轨的电流为I,则导轨的受到的安培力的大小和方向是( )
正确答案
解析
解:导体棒所受安培力为:F=BIL
根据左手定则,安培力方向水平向右,故B正确
故选:B
在赤道处放置一通电导线,要使导线所受安培力方向竖直向下,则导线中的电流方向应该( )
正确答案
解析
解:地球磁场的南北极和地理的南北极相反,因此在赤道上方磁场方向从南指向北,依据左手定则可得导线中的电流方向应该由东向西,故正确,BCD错误.
故选:A.
(2015秋•珠海期末)如图所示,下列坐标系各象限内的每段导线长度及电流强度相等且均与坐标轴成45°角,它们都处在与坐标平面垂直的相同匀强磁场中(图中未画出磁场),其中磁场对各段导线的安培力合力最大的是( )
正确答案
解析
解:计算安培力时,根据公式F=BIL,在B、I相等的情况下,L越大,安培力F越大;
L为连接两端点的直线长度,故等效长度最大的是B;故B选项的安培力最大;
故选:B
如图所示,在一个足够大、垂直纸面的匀强磁场中,用金属细线将粗细均匀的金属棒吊起,使其呈水平状态.已知金属棒长L=0.1m,质量m=0.1㎏,棒中通有I=20A方向向右的电流,g=10m/s2.
(1)若细线拉力恰好为零,求磁场的磁感应强度B的大小和方向;
(2)若棒中电流大小不变,方向变为向左,金属棒依然呈水平状态,试计算金属棒对每根细线的拉力大小.
正确答案
解析
解:(1)细线拉力恰好为零,根据平衡条件得:
BIL=mg
解得:B==
=0.5T
根据左手定则知磁感应强度B2的方向为垂直纸面向里
(2)若电流反向,设每根细线的拉力为F,安培力大小不变,方向反向,据平衡条件得:
BIL+mg=2F
解得:F=mg=0.1×10=1N
答:(1)若细线拉力恰好为零,磁场的磁感应强度B的大小为0.5T,方向为垂直纸面向里;
(2)若棒中电流大小不变,方向变为向左,金属棒依然呈水平状态,金属棒对每根细线的拉力大小为1N.
如图,质量为m的导体棒MN静止在水平导轨上,导轨宽度为L,已知电源的电动势为E,内阻为r,导体棒的电阻为R,其余部分电阻不计,磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为θ,磁感应强度为B
求:(1)作出导体棒的受力图
(2)导体棒MN所受的安培力.
(3)轨道对导体棒的支持力.
(4)导体棒MN所受的摩擦力.
正确答案
解析
解:(1)棒的受力分析图如图所示:
(2)(3)(4)由闭合电路欧姆定律,有:
I=… ①
由安培力公式,有:
F=BIL…②
由共点力平衡条件,有:
Fsinθ=Ff …③
FN+Fcosθ=mg…④
整理得:
F=
Ff=
FN=mg-
答:(1)导体棒的受力图如图所示;
(2)导体棒MN所受的安培力为;
(3)轨道对导体棒的支持力为mg-;
(4)导体棒MN所受的摩擦力为.
如图所示,铜棒ab长0.1m,质量为0.06kg,两端与长为0.15m的轻铜线相连,静止于竖直平面上,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.5T,现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒发生摆动.已知最大偏转角为37°,则在摆到最大偏角的过程中铜棒的重力势能增加了______J,恒定电流的大小为______A(不计空气阻力).
正确答案
0.018
4
解析
解:铜棒上升的高度h=l(1-cos37°),则重力势能的增加量为△Ep=mgl(1-cos37°)=0.6×0.15×0.2J=0.018J
对铜棒运用动能定理得,FAlsin37°-mgl(1-cos37°)=0,
解得FA=0.2N.
根据FA=BIL得,I=.
故答案为:0.018,4.
下图分别表示匀强磁场的磁感应强度B、闭合电路中一部分直导线的运动速度v和电路中产生的感应电流I的相互关系,其中正确是( )
正确答案
解析
解:A、伸开右手时,让磁感线穿过掌心,大拇指所指方向即为运动方向,则感应电流方向应沿导线向下,故A错误;
B、伸开右手时,让磁感线穿过掌心,大拇指所指方向即为运动方向,则感应电流方向垂直纸面向外,故B正确;
C、伸开右手时,大拇指所指方向即为运动方向,则无感应电流,没有切割磁感线.故C错误
D、伸开右手时,让磁感线穿过掌心,大拇指所指方向即为运动方向,则感应电流方向垂直纸面向,则D错误.
故选:B
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