- 磁场
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一根长0.20m、通有2.0A电流的通电直导线,放在磁感强度为0.50T的匀强磁场中,受到安培力大小不可能是( )
正确答案
解析
解:当通电导线与磁场垂直时,导线所受的磁场力最大,为Fmax=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N;当导线与磁场平行时,导线所受磁场力最小为零.则导线所受磁场力的范围为0-0.2N.故ABC正确,D错误;
因选不可能的,故选:D
如图所示,把长为L的导体棒置于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,当导体棒中通以方向向左的电流I时,导体棒受到的安培力大小和方向分别是( )
正确答案
解析
解:根据左手定则可知通电导线中的安培力方向竖直向下,由于此时电流与磁场方向垂直,因此安培力的大小为:F=BIL,故ACD错误,B正确.
故选:B.
将长0.3m,通过4A电流的通电导线放在匀强磁场中,当导线和磁场方向垂直时,通电导线所受磁场力为0.3N,则匀强磁场的磁疗感应强度B大小为______T,若将通电导线中的电流减为2A,则这时匀强磁场的B为______T,导线受安培力为______N.
正确答案
解析
解:根据F=BIL得,匀强磁场的磁感应强度为:
B=
当电流减小时,磁感应强度不变,仍为:
B=0.25T
则导线所受的安培力为:
F=BI′L=0.25×2×0.3=0.15N
故答案为:0.25,0.25,0.15
如图所示,倾角θ=30°的光滑斜面上水平放置一条L=0.2m长的导线PQ,两端以很软的导线通入,I=5A的电流,方向由P流向Q.当竖直方向有一个B=0.6T的匀强磁场时,PQ恰能静止,求:
(1)导线PQ的重力的大小和该磁场的方向;
(2)若改变匀强磁场的大小和方向,使导线静止在斜面上,且对斜面的压力最小,求该磁场的大小和方向;
(3)若改变匀强磁场的大小和方向,使导线静止在斜面上,且磁感应强度最小,求该磁场的大小和方向.
正确答案
解析
解:(1)从P端看截面图,如图
由平衡条件可得,G=BIL=
根据左手定则可得磁场的方向:竖直向上.
(2)当安培力和重力平衡时,对斜面压力最小
则有:BIL=mg
所以B=
由左手定则得磁场方向:水平向左
(3)当安培力平行斜面向上时磁感应强度最小,设为B小 ,
则有B小IL=mgsinθ
解得:,
由左手定则可得磁场方向为垂直斜面向上.
答:(1)导线PQ的重力的大小0.6N和该磁场的方向竖直向上;
(2)若改变匀强磁场的大小和方向,使导线静止在斜面上,且对斜面的压力最小,求该磁场的大小0.6T和方向水平向左;
(3)若改变匀强磁场的大小和方向,使导线静止在斜面上,且磁感应强度最小,求该磁场的大小0.3T和方向垂直斜面向上.
赤道上的地磁场可以看成沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小为0.50×10-4T.如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长为20m,载有从西到东的电流50A.求:地磁场对这根通电导线的作用力的大小和方向.
正确答案
解析
解:(1)安培力的公式可得:F=BIL=50×20×0.5×10-4N=0.05N
(2)匀强磁场方向为由南向北,而电流方向为从西向东.则由左手定则可得安培力的方向为竖直向上
答:(1)地磁场对这根通电导线的作用力的大小为0.05N.
(2)地磁场对这根通电导线的作用力的方向竖直向上.
如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源.现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin 37°=0.60、cos 37°=0.80,求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力;
(3)导体棒受到的摩擦力.
(4)若将磁场方向改为竖直向上,要使金属杆继续保持静止,且不受摩擦力左右,求此时磁场磁感应强度B2的大小?
正确答案
解析
解:(1)根据闭合电路欧姆定律得:I1==1.5 A.
(2)导体棒受到的安培力为:F安=BIL=0.30 N.
由左手定则可知,安培力沿斜面向上
(3)对导体棒受力分析如图,将重力正交分解,沿导轨方向有:
F1=mgsin 37°=0.24 N
F1<F安,根据平衡条件可知,摩擦力沿斜面向下
mgsin 37°+f=F安
解得:f=0.06 N.
(4)当B的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,则
B2IL=mgtan α,
B2=0.5T
答:(1)通过导体棒的电流是1.5A;
(2)导体棒受到的安培力0.30 N,由左手定则可知,安培力沿斜面向上;
(3)导体棒受到的摩擦力是0.06N.
(4)若将磁场方向改为竖直向上,要使金属杆继续保持静止,且不受摩擦力左右,此时磁场磁感应强度B2的大小是0.5T.
一通电直导线用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上,静止在水平位置(如正面图).在通电导线所处位置加上匀强磁场后,导线偏离平衡位置一定角度静止(如侧面图).如果所加磁场的强弱不同,要使导线偏离竖直方向θ角,则所加磁场的方向所处的范围是(以下选项中各图,均是在侧面图的平面内画出的,磁感应强度的大小未按比例画)( )
正确答案
解析
解:对导体棒受力分析可知导体棒受到的安培力与重力和绳子的拉力的合力大小相等,方向相反,故由左手定则可以判断出磁场的方向范围;故B正确,ACD错误
故选:B
如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.2T,通电直导线与磁场方向垂直,导线长度L=0.1m,导线中的电流I=2A.该导线所受安培力的大小为( )
正确答案
解析
解:导线所受的安培力为:
F=BIL=0.2×2×0.1N=0.04N.
故选:C.
如图所示,一个长度为20cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.2T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm,重力加速度大小取10m/s2,判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.
正确答案
解析
解:闭合开关后,电流由b指向a,受到的安培力向下
断开时:2k△l1=mg
开关闭合后2k(△l1+△l2)=mg+F
受到的安培力为:F=BIL
回路中电流为I=
联立解得m=0.04kg
答:金属棒的质量为0.04kg
如图所示,两平行板光滑铜杆与水平面的倾角α均为53°,其上端与电源和滑动变阻器相连,处于竖直向下的匀强磁场中,调节变阻器R,当电流表的读数I=2.5A时,横放在铜杆上的铝棒恰能静止.铝棒的质量m=0.03kg,两杆间的距离L=40cm.(sin53°=0.8,g取10m/s2)求此磁场的磁感应强度的大小.
正确答案
解析
解:从右侧看去,画出棒的受力示意图如图,由平衡可得:F=BIL
Fcos53°=mgsin53°
联立方程得:B==
T=0.4T
答:此磁场的磁感应强度的大小为0.4T.
如图所示,在两根劲度系数都为K的相同弹簧下悬挂有一根重为G导体棒ab,导体棒长为L,置于水平方向的磁场强度为B的匀强磁场中,且与匀强磁场相互垂直.磁场方向垂直纸面向里,当导体棒通以自左向右的电流时,两个弹簧的形变量为x.
求:此时导体中的电流大小是多少?
正确答案
解析
解:由题意可知,当电流过小时,根据题可知弹簧伸长量为x,因此重力与安培力、弹簧的拉力平衡,故有:
G=BI1L+2kx,解得:I1=;
当电流过大时,根据题可知弹簧压缩量为x,因此重力、弹簧的拉力与安培力平衡,故有:
G+2kx=BI2L,解得:I2=;
答:导体中的电流大小分别是,
.
如图所示,在匀强磁场中,AB为粗细均匀的铁芯,C为AB的中点.输出电压恒为U的电源接A、B两端时,铁芯受到的安培力为F;若接A、C两端时,铁芯受到的安培力为( )
正确答案
解析
解:根据安培力大小公式可知,输出电压恒为U的电源接A、B两端时,铁芯受到的安培力:F=BL,
接A、C两端时,铁芯受到的安培力,则有::F′=B=F,故B正确,ACD错误;
故选:B
在甲图中画出电流I所受的安培力,在乙图中画出感生电流的方向,试在丙图中画出电流IB的磁场过A点的一条磁感线和电流IA所受的磁场力.
正确答案
解析
解:根据左手定则判断安培力的方向向上:
根据右手定则判断感应电流的方向:
根据右手定则判断出电流B在A的磁场方向,然后根据左手定则判断电流A所受的安培力:
答:如上图.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.2T,通电直导线与磁场方向垂直,导线长度L=0.2m,导线中电流I=1A.则:
(1)该导线所受安培力F的大小为多少?
(2)在图中画出该导线所受安培力的方向.
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=0.2×0.2×1=0.04N,
由左手定则判断方向向上;
答:(1)该导线所受安培力F的大小为0.04N;
(2)在图中画出该导线所受安培力的方向如图
.
当闭合开关S时,导体棒被向右摆出,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ角,则( )
正确答案
解析
解:A、由题意可知,棒在安培力的作用下被抛出,由左手定则,可知磁场方向一定竖直向下,故A正确,B错误;
C、根据能量守恒定律,棒上升的最大高度为l(1-cosθ),因此重力势能的增加为mgl(1-cosθ),同时在过程中棒的电阻发热,因此导体棒离开导轨前电源提供的电能大于mgl(1-cosθ),故C错误,D正确;
故选AD
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