- 磁场
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如图所示,在匀强磁场中用两根柔软绝缘的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上,金属棒中通入由a到b的恒定电流I,这时两根细线均被拉紧,现要想使两根细线对金属棒拉力变为零,可采用哪些方法( )
正确答案
解析
解:根据图示电流与磁场方向,由左手定则可知,安培力方向竖直向上,此时棒受到重力、安培力和绳子的拉力,因此当增大I或增加磁场,都可以使两根细线对金属棒拉力变为零;选项BCD错误,A正确
故选:A
如图所示,两平行金属导轨相距L=0.20m,与水平面夹角为θ=37°.在两金属导轨下端,用导线连接电源和定值电阻.电源电动势E=6.0V,内阻r=1.0Ω,定值电阻R=2.0Ω,其它电阻不计.金属棒MN的质量为m=0.10kg,刚好横放在两金属导轨上,且与导轨间的动摩擦因数为μ=0.50.整个装置处在垂直于轨道平面向上的匀强磁场中,设金属棒所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.为使金属棒MN处于静止状态,磁感应强度B应该为多大?(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,计算结果均取两位有效数字)
正确答案
解析
解:由闭合电路欧姆定律得电路中的电流为:
,
由左手定则可判定金属棒受到的安培力沿斜面向上.当磁感应强度最小时,金属棒受到的静摩擦力方向沿导轨向上且达到最大.由平衡条件得:
BminIL-mgsinθ+μmgcosθ=0,
磁感应强度最小值为:
=
,
当磁感应强度最大时,金属棒受到的静摩擦力方向沿导轨向下且达到最大.由平衡条件得:
BmaxIL-mgsinθ-μmgcosθ=0,
磁感应强度最大值为:
=
,
为使金属棒MN处于静止状态,磁感应强度的大小应该为0.50T≤B≤2.5T
答:为使金属棒MN处于静止状态,磁感应强度0.50T≤B≤2.5T.
如图所示,通电金属杆ab质量m=12g,电阻R=1.5Ω,水平地放置在倾角θ=30°的光滑金属导轨上.导轨宽度
,导轨电阻、导轨与金属杆的接触电阻忽略不计,电源内阻r=0.5Ω.匀强磁场的方向竖直向上,磁感应强度B=0.2T.g=10m/s2若金属棒ab恰能保持静止,求:
(1)金属杆ab受到的安培力大小;
(2)电源的电动势大小E.
正确答案
解析
解:(1)对导线受力分析如图,由平衡条件可知:
F=mgtan30°,
解得:F==
,
(2)导线受到的安培力为:F=BId,
又:E=I(R+r),
联立解得电动势:E==4.0V.
答:(1)金属杆ab受到的安培力大小为;
(2)电源的电动势大小E=4.0V.
(2015秋•昆明校级期末)如图所示,两根光滑金属导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于匀强磁场中.金属杆ab垂直导轨放置,当杆中通有从a到b的恒定电流I时,金属杆ab刚好静止.则( )
正确答案
解析
解:金属导轨光滑,所以没有摩擦力,则金属棒只受重力支持力和安培力,
根据平衡条件支持力和安培力的合力应与重力等大反向,根据矢量三角形合成法则作出三种情况的合成图如图:
由图可以看出当安培力F与支持力垂直时有最小值:Fmin=mgsinθ
即BIL=mgsinθ
则Bmin=,故ABC错误,D正确
故选:D
如图所示,质量为0.05kg,长l=0.1m的铜棒,用长度也为l的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.5T.不通电时,轻线在竖直方向,通入恒定电流后,棒最后静止时向外偏转角度θ=37°,求此棒中恒定电流多大?(g取10N/kg)
正确答案
解析
解:对铜棒受力分析,受重力、绳的拉力、安培力,侧视图如图(从右向左看):
由图可得:
FTsinθ=F安=BIl
解得:
I=
答:此棒中恒定电流为7.5A.
如图所示,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于同一竖直平面内,为使MN垂直纸面向里运动,可以( )
正确答案
解析
解:A、将a、c端接在电源正极,b、d端接在电源负极,根据安培定则可知,线圈产生的磁场方向向下,再根据左手定则可知MN受到的安培力向里,则MN垂直纸面向里运动,不符合题意.故A错误.
B、将b、d端接在电源正极,a、c端接在电源负极,根据安培定则可知,线圈产生的磁场方向向上,再根据左手定则可知MN受到的安培力向里,则M N垂直纸面里外运动,不符合题意.故B错误.
C、将a、d端接在电源正极,b、c端接在电源负极,根据安培定则可知,线圈产生的磁场方向向上,再根据左手定则可知MN受到的安培力外里,则M N垂直纸面外里运动,符合题意.故C正确.
D、C正确故D错误.
故选:C.
如图所示,有一金属棒ab,质量m为5g,电阻R为1Ω,可以无摩擦地在两条轨道上游动,轨道间距d=10cm,电阻不计,轨道平面与水平面间的夹角θ为30°,整个装置处于磁感应强度B为0.4T,方向竖直向上的匀强磁场中回路中电源电压U为2V,求变阻器的电阻R1为多大时,金属棒恰好静止.
正确答案
解析
解:ab棒受力如图所示,由平衡条件得:
mgsinθ=BIdcosθ
由闭合电路欧姆定律得:I=
解两式得:R1=0.7Ω.
答:变阻器R1为0.7Ω时,可使金属棒在轨道上保持静止
下列各图中标出了匀强磁场中通电直导线受安培力的方向,正确的是( )
正确答案
解析
解:根据左手定值可知,A图中的安培力应该垂直磁感线竖直向下;B中不受安培力;C中垂直电流向下;D中安培力垂直于导线斜向下.
故选:C.
把长L=0.2m的导体棒 6置于磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁场中,使导体棒和磁场方向垂直,如图所示若导体棒中的电流I=2.0A,方向向左,则导体棒受到的安培力大小为多少?安培力的方向如何?
正确答案
解析
解:由图看出,导体棒与匀强磁场垂直,则安培力大小为F=BIL=1.0×10-2×2.0×0.2N=4×10-3N
根据左手定则判断可知,安培力的方向向下.
答:导体棒受到的安培力大小为4×10-3N,安培力的方向向下.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,通电直导线与磁场方向垂直,导线长度为L,导线中电流为I.该导线所受安培力F的大小是( )
正确答案
解析
解:由图可知电流与磁场方向垂直,因此直接根据安培力的大小为:F=BIL,故ABD错误,C正确.
故选:C.
(2015秋•阜新校级月考)有一根质量为m、长度为d的通有水平向里的电流I的导体棒,被长度为L的轻质绝缘细线悬挂在天花板上,在此空间加上竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B=
,若保持导体棒中的电流I始终不变,则( )
正确答案
解析
解:A、B磁场方向竖直向下,由左手定则可知,受安培力水平向左,导体棒向左摆起,导体棒摆到最大高度时由动能定理
BIllsinθ-mgl(1-cos θ)=0-0,代入数据,解得θ=60°,故 A错误,B正确;
C、D、由题意,当夹角30°时动能最大,有动能定理,BIlsinθ-mgl(1-cos θ)=
由牛顿第二定律,T-mgsin30°=m
联立解得 T=,故D正确.
故选:BD
如图所示,质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于水平轴
上,并处于匀强磁场中.当导线中通以沿x正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度的最小值及对应的方向为( )
正确答案
解析
解:对导体棒受力分析,受重力、安培力和细线拉力,如图所示:
根据平衡条件,当安培力与线垂直向上时,安培力最小,为:
FA=mgsinθ
故磁感应强度为:
B=sinθ
根据左手定则,磁感线方向沿悬线向下;
故选:C.
一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流,则判断导线ab受磁场力后的运动情况( )
正确答案
解析
解:通电螺线管的磁感线如图所示,则由图示可知左侧导体所处的磁场方向斜向上,右侧导体所处的磁场斜向下,则由左手定则可知,左侧导体受力方向向外,右侧导体受力方向向里,故从上向下看,导体应为逆时针转动;当导体转过90°时,由左手定则可得导体受力向下,故可得出导体运动为逆时针转动的同时还要向下运动.即为a端转向纸外,b端转向纸里,且靠近通电螺线管,故D正确,ABC错误;
故选:D
如图两平行导轨相距L=20cm,金属棒MN的质量为m=20g,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向垂直导轨平面竖直向下,杆MN与导轨间的摩擦因数为μ=0.4.开关闭合,调节滑动变阻器,试求出使MN恰好静止时,电路中电流的范围为多少?(导轨与水平面夹角θ=37°,g=10m/s2)
正确答案
解析
解:金属棒受重力mg、支持力N、安培力F和静摩擦力的作用;
当静摩擦力最大且平行斜面向上时,根据共点力平衡条件,所以:
mgsinθ=BI1L+μmgcosθ …①
当静摩擦力最大且平行斜面向下时,根据共点力平衡条件,所以:
mgsinθ+μmgcosθ=BI2L …②
解得:
I1==
=0.14A
I2==
=0.46A
故电流范围为:0.14A≤I≤0.46A;
答:电路中电流的范围为0.14A≤I≤0.46A.
如图所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,且接触良好,整套装置处于匀强磁场中.金属杆ab中通有大小为I的电流.已知重力加速度为g.
(1)若匀强磁场方向垂直斜面向下,且不计金属杆ab和导轨之间的摩擦,金属杆ab静止在轨道上,求磁感应强度的大小;
(2)若金属杆ab静止在轨道上面,且对轨道的压力恰好为零.试说明磁感应强度大小和方向应满足什么条件;
(3)若匀强磁场方向垂直斜面向下,金属杆ab与导轨之间的动摩擦因数为μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力.欲使金属杆ab静止,则磁感应强度的最大值是多大.
正确答案
解析
解:(1)设磁感应强度为B1.根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上,金属杆ab受力如答图3.
根据平衡条件对金属杆ab有:B1IL=mgsinθ
解得:
(2)金属杆ab对导轨压力为零,则金属杆ab只受重力和安培力.
根据平衡条件对金属杆ab有:B2IL=mg
解得:
根据安培定则可知磁场方向垂直金属杆ab水平向右.
(3)根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上,当金属杆ab受到的静摩擦力沿斜面向下,且为最大值时,磁感应强度值达到最大,设为B3.金属杆ab受力如答图4.
根据平衡条件对金属杆ab有:B3IL=mgsinθ+μmgcosθ
解得:
答:(1)磁感应强度的大小为;
(2)若金属杆ab静止在轨道上面,且对轨道的压力恰好为零.试说明磁感应强度大小为,方向应满足垂直金属杆ab水平向右;
(3)磁感应强度的最大值是.
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