- 磁场
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完成下列关于概念分类的框架图
正确答案
解析
解:安培力:磁场对通电导线的作用力;方向由左手定则判断;
洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力,方向也由左手定则判断.
故答案为:通电导线,左手,运动电荷,左手.
如图所示,导线框中的电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B.平行粗糙金属导轨AB与CD间距为d,长直导体棒MN静止于导轨上,MN接入电路的长度为L,则MN所受安培力的大小为( )
正确答案
解析
解:安培力的计算:当I⊥B时,F=BIL,当I与B不垂直时,F=BILsinθ,θ为I与B的夹角,题目中属于I与B垂直的情况,所以F=BIL.
故选:C.
如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,放置一根长为L,质量为m的导体棒.在导体棒中通以电流I时,欲使导体棒静止在斜面上,下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是( )
正确答案
解析
解:A、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向上,则沿斜面向上的安培力、支持力与重力,处于平衡状态,则大小B═mg;故A正确;
B、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向下,则沿斜面向下的安培力、支持力与重力,所以棒不可能处于平衡状态,故B错误;
C、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向下,则水平向左的安培力、支持力与重力,所以棒不可能处于平衡状态;故C错误;
D、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向上,则水平向右的安培力、支持力与重力,处于平衡状态,则大小B=mg,故D正确;
故选:AD.
如图所示,直导线通电时发生偏转,说明______对电流有力的作用.可以利用这个原理制作______(电动机/发电机).如果只改变电流方向,直导线偏转方向______.
正确答案
磁场
电动机
改变
解析
解:据该题的情景可知,此时给磁场中的金属棒通电时,其会受力而运动,故能说明通电导线在磁场中受力的作用,即说明磁场对电流有力的作用;电动机就是根据这个原理制成的;同时该实验中,导线所受力的方向与两个因素有关,即与电流的方向和磁场的方向有关,故只改变电流方向,直导线偏转方向会改变.
故答案为:磁场;电动机;改变.
某电子天平原理如图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极的宽度均为L,忽略边缘效应.一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接.当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量.已知线圈的匝数为n,线圈的总电阻为R,重力加速度为g.问:
(1)求重物质量与电流的关系.
(2)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?
正确答案
解析
解:(1)根据受力平衡:mg=2NBIL,解得
(2)设最大称重力是mm
得:mmg=2n•BIL
根据最大功率P=I2R得I=
联立解得:
答:(1)求重物质量与电流的关系.
(2)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是
如图所示,两根平行放置的导电轨道,间距为L,倾角为θ,轨道间接有电动势为E,内阻为r的电源,现将一根质量为m、电阻为R的金属杆ab水平且与轨道垂直放置,金属杆与轨道接触摩擦和电阻均不计,整个装置处在匀强磁场中且ab杆静止在轨道上,求:
(1)若磁场方向竖直,则磁感应强度B1是多少?]
(2)如果通电直导线对轨道无压力,则匀强磁场的磁感应强度的B2是多少?方向如何?
(3)若所加匀强磁场的大小和方向可以改变,则磁感应强度B3至少多大?方向如何?
正确答案
解析
解:(1)依题意,对金属棒ab进行受力分析,如图所示:
闭合电路欧姆定律,有:
I=…①
根据平衡条件,有:
F=mgtanθ…②
安培力大小为:
F=B1IL…③
由①②③式得:
解得:
(2)金属棒ab静止在斜面上且对斜面压力为零,则安培力F′与重力G构成一对平衡力,根据平衡条件,有:
F′=mg…④
又F′=B2IL…⑤
I=…⑥
由④⑤⑥式得:B2L=mg
解得: 方向水平向左
(3)当磁场方向垂直与斜面斜向上时,磁感应强度最小,由mgsinθ=B3IL得:
答:(1)若磁场竖直向上,则磁感应强度B1是;
(2)如果通电直导线对轨道无压力,则匀强磁场的磁感应强度的B2是,方向水平向左.
(3)若所加匀强磁场的大小和方向可以改变,则磁感应强度B3至少为,方向垂直于斜面斜向上
如图所示,用三条细线悬挂的金属环粗细均匀,单位长度的质量m=2.5g,三条细线呈对称分布,稳定时金属环面水平,在金属环正下方放有一个圆柱形磁铁,磁铁的中轴线OO′垂直于金属环面且通过其圆心O,测得金属环所在处磁感应强度的大小为0.5T,与竖直方向成30°角,现在要使金属环各部所受安培力的合力竖直向上且恰好等于其自身的重力,则在金属环中通过的电流大小为( )(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解析
解:设圆环的半径为r,则圆环的质量m环=2πrm,
磁场的水平分量为Bsin30°,环受到的安培力为:F=Bsin30°×I×2r×2=4BIrsin30°,
由于环所受向上的安培力等于环的重力,则有:2πrmg=4BIrsin30°,
代入数据解得:I≈0.2A;
故选:D
(2015秋•昌平区期末)如图所示,通电导体棒静止于水平导轨上,棒的质量为m,长为L,通过的电流大小为I且垂直纸面向里,匀强磁场的磁感强度B的方向与导轨平面成θ角,则导体棒受到的( )
正确答案
解析
解:以导体棒AC为研究对象,分析受力,如图.
其中,安培力大小FA=BIl,根据平衡条件得:
G+FAcosθ=N…①
f=FAsinθ…②
由①得:N=G+FAcosθ=mg+BIlcosθ
由②得:f=BIlsinθ
由牛顿第三定律得,导轨受到AC棒的压力和摩擦力各为:
N=mg+BIlcosθ和f=BIlsinθ.所以选项AC正确,选项BD错误.
故选:AC
利用图所示装置可测磁感应强度B,矩形线圈宽为L,共N匝,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.当电流改为反方向时(大小不变),右边再加质量为m的砝码后,天平重新平衡,由此可知( )
正确答案
解析
解:由题知,当电流改为反方向时(大小不变),右边再加质量为m的砝码后,天平重新平衡,说明电流反向后,线框所受的安培力方向由原来的向下变成向上,即开始线圈所受安培力的方向向下,根据安培定则判断可知,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,相当于右边少了两倍的安培力大小,所以右边应加砝码,根据天平平衡有:
mg=2NBIL,
所以B=.故B正确,ACD错误.
故选:B.
如图所示,固定不动的绝缘直导线MN和可以自由移动的矩形线框ABCD位于同一平面内,MN与AD、BC边平行且离AD边较近,当导线中通以向上的电流,线框中通以顺时针电流时,线框的运动情况是( )
正确答案
解析
解:根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥,则知,MN对AD的安培力向右,对BC的安培力向右,因此线圈所受的安培力合力方向向右,则线圈将向右运动.故B正确.
故选B
如图所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触.T=0时,将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图象正确的是( )
正确答案
解析
解:开关S由1掷到2,电容器放电后会在电路中产生电流.
导体棒通有电流后会受到安培力的作用,会产生加速度而加速运动.
导体棒切割磁感线,速度增大,感应电动势E=Blv,即增大,
则实际电流减小,安培力F=BIL,即减小,加速度a=,即减小.
因导轨光滑,所以在有电流通过棒的过程中,棒是一直加速运动(变加速).
由于通过棒的电流是按指数递减的,那么棒受到的安培力也是按指数递减的,由牛顿第二定律知,它的加速度是按指数递减的,故D正确.
由于电容器放电产生电流使得导体棒受安培力运动,而导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电.当充电和放电达到一种平衡时,导体棒做匀速运动.C正确;
当棒匀速运动后,棒因切割磁感线有电动势,所以电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值,即电容器的电量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0),故A错误.这时电容器的电压等于棒的电动势数值,棒中无电流.故B错误;
故选:CD.
如图所示,在倾角为30°的斜面上,放置两条宽L=0.5m的光滑平行导轨,将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上,在导轨上横放一根质量为m=0.2kg的金属棒ab,电源电动势E=12V,内阻r=0.3Ω,磁场方向垂直轨道所在平面,B=0.8T.欲使棒ab在轨道上保持静止,滑动变阻器的使用电阻R应为多大?(g取10m/s2,其它电阻不计)
正确答案
解析
解:对导体棒受力分析可得:mgsin30°=BIL
解得:
有闭合电路的欧姆定律可得:
代入数据解得:R=47.7Ω
答:滑动变阻器的使用电阻R应为47.7Ω
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、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正确,D错误;
B、通电直导线与磁场平行时,一定不受到安培力的作用,故B错误;
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
故选:A
关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法不一定正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、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,即与直导线和磁场方向一定垂直,故A、B正确;
C、当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、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.
本题选不一定正确的,故选:D.
在B=2T的匀强磁场中放一根与磁场方向垂直、长度为0.8m的通电直导线,导线中的电流为5A,求:
(1)导线受到的磁场力方向是与电流方向平行还是垂直?
(2)磁场力的大小是多少?
正确答案
解析
解:(1)长度为0.8m的通电直导线,垂直放置于匀强磁场,通入电流为5A,
则由左手定则可确定安培力的方向是与电流方向垂直.
由公式可得安培力的大小为F=BIL=2×5×0.8N=8N
答:(1)垂直
(2)安培力的大小为8N.
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