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题型:简答题
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简答题

(2015秋•张家口期末)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡.线圈的水平边长L=0.1m,竖直边长H=0.3m,匝数为N1.线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0T,方向垂直线圈平面向里.线圈中通有可在0~2.0A范围内调节的电流I.挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使得天平平衡,测出电流即可测得物体的质量.(重力加速度取g=10m/s2

(1)为使电磁天平的量程达到0.5kg,线圈的匝数N1至少为多少?

(2)进一步探究电磁感应现象,另选N2=100匝、形状相同的线圈,总电阻R=10Ω,不接外电流,两臂平衡,如图2所示,保持B0不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1m.当挂盘中放质量为0.01kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率

正确答案

解析

解:(1)线圈受到安培力为:F=N1B0IL,

天平平衡有:mg=N1B0IL,

代入数据解得:N1=25匝

(2)由电磁感应定律得:E=N2

则 E=N2Ld

由欧姆定律得:I′=

线圈受到安培力为:F′=N2B0I′L

天平平衡有:m′g=N22B0

代入数据解得:=0.1T/s.

答:

(1)线圈的匝数N1至少为25匝;

(2)此时磁感应强度的变化率为0.1T/s.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在磁感应强度为B=0.2T的匀强磁场中,有一导体MN在金属框架上以10m/s的速度向右匀速运动,已知金属架的宽度为L=0.6m,电阻R1=R2=5Ω,导体MN的电阻r=0.5Ω,其余电阻不计.求:

(1)导体MN两端的电压;

(2)导体MN受到的安培力;

(3)电阻R1消耗的电功率.

正确答案

解析

解:(1)导体MN产生的感应电动势为E=BLv=0.2×0.6×10=1.2V

回路总电阻为R=+r=+0.5=3Ω

回路中总电流I===0.4A

导体MN两端的电压时路端电压UMN=E-Ir=(1.2-0.4×0.5)=1V

(2)导体MN受到的安培力为F=BIL=0.2×0.4×0.6=0.048N

(3)电阻R1消耗的电功率为P===0.2W

答:(1)导体MN两端的电压为1V;(2)导体MN受到的安培力为0.048N;(3)电阻R1消耗的电功率为0.2W.

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题型: 多选题
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多选题

在同一光滑斜面上放同一导体棒,如图所示是两种情况的剖面图.它们所在空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场,但方向不同,一次垂直斜面向上,另一次竖直向上:两次导体棒A分别通有电流I1和I2,都处于静止平衡.已知斜面的倾角为θ,则(  )

AI1:I2=cosθ:1

BI1:I2=1:1

C导体棒A所受安培力大小之比F1:F2=sinθ:cosθ

D斜面对导体棒A的弹力大小之比N1:N2=cos2θ:1

正确答案

A,D

解析

解:导体棒受力如图,根据共点力平衡得,

F1=mgsinθ,N1=mgcosθ.

F2=mgtanθ,

所以导体棒所受的安培力之比:1.

斜面对导体棒的弹力大小之比

因为F=BIL,所以.故A、D正确,B、C错误.

故选AD.

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

A安培力的方向可以不垂直于直导线

B安培力的方向总是垂直于磁场的方向

C将通电直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的

D安培力是洛伦兹力的宏观表现,所以安培力永不做功

正确答案

B

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错误;

D、当电流方向与磁场的方向平行,所受安培力为0,将直导线从中折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半;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,故D错误.

故选:B.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,通有恒定电流的,一定长度的直导线水平放置在两足够大的匀强磁场中,磁场方向如图所示.若将导体在纸面内顺时针转180°,关于甲、乙两种情况导体受到的安培力大小和方向变化,下列说法正确的是(  )

A图甲导线受到的安培力大小一直在变,方向变化一次,图乙导线受到的安培力大小一直不变,方向一直在变

B图甲导线受到的安培力大小一直在变,方向不变,图乙导线受到的安培力大小一直不变,方向一直在变

C甲、乙两种情况导线受到的安培力大小不变,方向一直变化

D甲、乙两种情况导线受到的安培力大小一直在变,方向不变

正确答案

A

解析

解:①对甲图分析有:开始位置导体与磁场垂直,由左手定则可以判断出导线在纸面内转0到90度过程中安培力的方向始终为垂直纸面向外,

当导线在纸面内转90度到180度的过程中安培力的方向改变,变为垂直纸面向里,

因此甲图安培力方向变化一次;

甲图中安培力的大小F=BILsinθ,其中θ为导线与磁场的夹角,

导线在纸面内顺时针转动180度的过程中,

θ由90度逐渐减小到0度,再从0度逐渐增大到90度,

因此甲图安培力大小从最大BIL先减小,直到减为0,再增大到BIL.

故甲图安培力大小一直在变.

②对乙图分析有:导线在纸面内顺时针转180度过程中,由左手定则可以判断出安培力方向一直在变化;

但转动过程中导线中电流I始终与磁场方向垂直,

故安培力大小一直不变,始终为F=BIL.

综合上述分析,A说法正确;

故选:A

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题型:填空题
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填空题

在磁场中放入一通电导线,导线与磁场垂直,导线长为1cm,电流为0.5A,所受的安培力为5×10-4N,则该位置的磁感应强度为______;若将该电流撤去,该位置的磁感应强度为______;若将通电导线跟磁场平行放置,该导线所受到的安培力为______

正确答案

0.1T

0.1T

0

解析

解:根据公式B=得:

B==0.1 T.

若将该电流撤去,该处的磁感应强度不变:

B=0.1 T.

电流元平行磁场放置时,所受磁场力为零;

故答案为:0.1T,0.1T,0.

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题型:填空题
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填空题

安培力的方向可以用______(填“左手”或“右手”)定则来判定,通电螺线管中的磁场方向可以用______(填“左手”或“右手”)定则来判定.

正确答案

左手

右手

解析

解:左手定则:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指向电流的方向,则拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.

通电螺线管中的磁场方向可以用右手定则判得.

故答案为:左手、右手

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题型: 多选题
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多选题

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,则(  )

A磁铁对桌面的压力增大

B磁铁对桌面的压力减少

C桌面对磁铁没有摩擦力

D磁铁所受的合力不变

正确答案

A,C,D

解析

解:ABC、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: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;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AC正确,B错误.

D、磁铁处于静止状态,则所受的合力不变,故D正确;

故选:ACD.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,放在平行光滑导轨上的导体棒ab质量为m,长为l,导轨所在平行面与水平面成30°角,导体棒与导轨垂直,空间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B,导体棒在导轨上处于静止状态,求:

①导体中的电流方向和它所受安培力的方向.

②导体棒中的电流强度的大小.

正确答案

解析

解:导体棒静止,处于平衡状态,导体棒受到重力、支持力以及水平向右的安培力,才能处于处于平衡状态,

导体棒受力如图所示,

导体棒受到的安培力:F=BIl ①

由图示可知:F=mgtan30° ②

由①②可得:I=

由左手定则可知,电流方向:由b指向a

答:①导体中的电流方向由b指向a,它所受安培力的方向水平向右.

②导体棒中的电流强度的大小为

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题型:填空题
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填空题

(文)如图所示,水平放置的均匀导体棒长为20cm,将它置于竖直向的匀强磁场中,磁场的磁感强度B=0.05T,棒中通有电流I=2A,则导体棒所受的安培力的大小为______N,方向______

正确答案

0.02

垂直纸面向外

解析

解:安培力的大小F=BIL=0.05×2×0.2N=0.2N,根据左手定则知,安培力的方向垂直纸面向外.

故答案为:0.02,垂直纸面向外.

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题型: 多选题
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多选题

如图,在天平右盘底部挂有一个矩形线圈,其一部分悬在方向水平向里的匀强磁场中,矩形线圈通有顺时针方向电流,现天平右侧向下倾斜,下列措施有可能使天平平衡的是(  )

A减小磁感应强度

B增加通过线圈的电流

C改变电流的方向

D在不改变线圈质量的同时,增加底边的长度

正确答案

A,C

解析

解:要使天平平衡,可以减小右侧作用力,或增加左侧作用力;

由左手定则可知,左侧矩形线圈受到的安培力向下;

A、由F=BIL可知,减小磁感应强度,可以减小安培力,使天平右侧受力减小,天平平衡,故A正确;

B、由F=BIL可知,增加线圈的电流,安培力变大,天平右侧受到的作用力变大,天平更加不平衡,故B错误;

C、由左手定则可知,改变电流方向,安培力向上,天平右侧受到的作用力变小,可以使天平平衡,故C正确;

D、由F=BIL可知,在不改变线圈质量的同时,增加底边的长度,天平右侧受到的作用力变大,天平不能平衡,故D错误;

故选AC.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,不计电阻的U形导轨水平放置,导轨宽l=0.5m左端连接电动势E=6V、内阻r=0.9Ω的电源和可变电阻R,在导轨上垂直于导轨放一电阻为0.1Ω的导体棒MN,并用水平轻绳通过定滑轮吊着质量m=20g的中午,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,改变可变电阻的阻值,在1Ω≤R≤5Ω的取值范围内都能使MN处于静止,求匀强磁场的磁感应强度.(g取10m/s)

正确答案

解析

解:当R的电阻取1Ω时,回路中的电流强度为:

I1==A=3.0A,

电流是最大,用左手定则判定安培力方向向左,导体棒有向左运动趋势,则有:

F=BI1L=μmg+mg  ①

当R的阻值取5Ω时,回路中电流强度为:

I2==A=1.0A,

则有向右运动趋势,最大静摩擦力水平向左,则有:

BI2L+μmg=mg  ②

两式联立解得:

B==T=0.2T.

答:匀强磁场的磁感应强度大小为0.2T.

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题型: 多选题
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多选题

质量为m、有效长度为L、电流强度为I的通电导体棒,水平静止在倾角为α的绝缘斜面上,整个装置处在匀强磁场中,在以下四种情况下,导体与轨道间的摩擦力可能为零的是(  )

A

B

C

D

正确答案

A,C

解析

解:A、杆子受竖直向下的重力、水平向右的安培力和垂直于斜面向上的斜面的支持力,若三个力平衡,则不受摩擦力,故A正确.

B、杆子受重力、水平向左的安培力,支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,故B错误.

C、杆子受竖直向下的重力、竖直向上的安培力,若重力与安培力相等,则二力平衡,不受摩擦力,故C正确.

D、杆子受重力、竖直向下的安培力、支持力,要想处于平衡,一定受摩擦力,故D错误.

故选AC.

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题型:填空题
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填空题

如图为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,他的右臂挂着矩形线圈,匝数n=9,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能时两臂再达到新的平衡,则:用已知量和可测量n、m、L、I计算B=______

正确答案

解析

解:根据平衡条件:

有:mg=2nBIL,

得:B=

故答案为:

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题型: 多选题
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多选题

如图所示为电磁轨道炮的工作原理图.待发射弹体与轨道保持良好接触,并可在两平行轨道之间无摩擦滑动.电流从一条轨道流入,通过弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与电流I成正比.通电的弹体在安培力的作用下离开轨道,则下列说法正确的是(  )

A弹体向左高速射出

BI为原来的2倍,弹体射出的速度也为原来的2倍

C弹体的质量为原来的2倍,射出的速度也为原来的2倍

D轨道长度L为原来的4倍,弹体射出的速度为原来的2倍

正确答案

B,D

解析

解:A、根据磁场方向、通过弹体的电流方向可知弹体所受安培力水平向右,因此弹体将向右高速射出,故A错误;

B、根据F=BIL=ma可知I为原来2倍,磁感应强度B与I成正比,B变为原来的2倍,弹体的加速度将变为原来的4倍,由运动学公式v2=2aL可知,弹体射出的速度变为原来的2倍,故B正确;

C、根据F=BIL=ma可知弹体的质量为原来2倍,弹体的加速度将变为原来的倍,由运动学公式v2=2aL可知,弹体射出的速度变为原来的倍,故C错误;

D、若L变为原来的4倍,根据F=BIL=ma可知弹体的加速度不变,由运动学公式v2=2aL可知,弹体射出的速度变为原来的2倍,故D正确.

故选:BD.

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