- 通电直导线在磁场中受到的力
- 共166题
5.如图4(甲)所示,两平行光滑导轨倾角为30°,相距10 cm,质量为10 g的直导线PQ水平放置[来源:Zxxk.Com]
在导轨上,从Q向P看的侧视图如图4(乙)所示。导轨上端与电路相连,电路中电源电动势
为12.5 V,内阻为0.5 Ω,限流电阻R=5Ω,R'为滑动变阻器,其余电阻均不计。在整个直导
线的空间中充满磁感应强度大小为1T的匀强磁场(图中未画出),磁场方向可以改变,但始
终保持垂直于直导线。若要保持直导线静止在导轨上,则电路中滑动变阻器连人电路电阻的
极值取值情况及与之相对应的磁场方向是
正确答案
解析
A、磁场方向水平向右时,直导线所受的安培力方向竖直向上,由平衡条件有 mg=BIL,得 ,代入数据解得I=1A,由
得 R′=7Ω,故A错误;
B、磁场方向垂直斜面向左上方时,直导线所受的安培力方向沿斜面向下,不可能静止在斜面上,故B错误;
C、磁场方向水平向左时,直导线所受的安培力方向竖直向下,不可能静止在斜面上,故C错误;
D、磁场方向垂直斜面向右下方时,直导线所受的安培力方向沿斜面向上,由平衡条件有 mgsin30°=BIL,得 ,由
,得 R′=19.5Ω,即电阻的最大值为19.5Ω,故D正确.
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势; 通电直导线在磁场中受到的力——安培力
解题思路
金属棒静止在斜面上,受力平衡.根据左手定则判断出安培力的方向,再根据共点力的平衡条件和安培力公式求出电路中电流,再由欧姆定律求解电阻R.
易错点
关键结合选项,分析安培力的方向和计算安培力的大小.
知识点
21.如右图所示,足够长的光滑导轨倾斜放置,导轨宽度为L,,其下端与电阻R连接;导体棒ab电阻为r,导轨和导线电阻不计,匀强磁场竖直向上。若导体棒ab以一定初速度v下滑,则关于ab棒下列说法中正确的为 ( )
正确答案
解析
A、根据右手定则判断可知,ab棒中感应电流方向从b→a,由左手定则判断得知,棒ab所受的安培力方向水平向右,故A正确;
B、若安培力沿导轨向上的分力与重力沿导轨向下的分力大小相等,ab棒可能匀速下滑,故B正确;
C、刚下滑瞬间产生的感应电动势为 E=BLvcosθ,故C错误;
D、根据能量守恒定律得知,若ab棒匀速下滑,其减少的重力势能等于电阻R和棒ab产生的内能之和;若ab棒加速下滑,其减少的重力势能等于电阻R和棒ab产生的内能与棒ab增加的动能之和;若ab棒减速下滑,其减少的重力势能和动能之和等于电阻R和棒ab产生的内能之和,所以减少的重力势能不等于电阻R产生的内能,故D错误.
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势;通电直导线在磁场中受到的力——安培力;能量守恒定律
解题思路
先根据右手判断出ab棒中感应电流方向,再根据左手定则判断出安培力的方向;根据公式E=BLvsinα,α是导体棒的速度与磁场方向的夹角;根据能量守恒定律分析重力势能的减小量和内能的增加量的关系.
易错点
掌握感应电动势的一般表达式E=BLvsinα,α是导体棒的速度与磁场方向的夹角.
知识点
15. 如图所示,虚线MN、M′N′为一匀强磁场区域的左右边界,磁场宽度为L,方向竖直向下。边长为l的正方形闭合金属线框abcd,以初速度v0沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动,经过一段时间线框通过了磁场区域。已知l<L,甲、乙两位同学对该过程进行了分析,当线框的ab边与MN重合时记为t=0,分别定性画出了线框所受安培力F随时间t变化的图线,如图2、图3所示,图中S1、S2、S3和S4是图线与t轴围成的面积。关于两图线的判断以及S1、S2、S3和S4应具有的大小关系,下列说法正确的是()
正确答案
解析
设切割磁感线的速度是v,线框的质量为m,产生的电流为I,电动势为E,则:E=Blv,线框中的电流为:
则:,根据牛顿第二定律得线框的加速度:
,根据楞次定律与左手定则可知,线框受到的安培力的方向与速度方向相反,由表达式可得线框做加速度减小的减速运动,当线框完全进入磁场进,线框不受安培力的作用,线框做匀速直线运动,当线框出磁场时又做加速度减小的减速运动,故F-t图上,F的变化是曲线,不是直线.在图象中,F与t的乘积表示的是面积S,则:
从公式可以看出,F与t的积是一个定值,即面积的大小与时间无关,是一个定值,所以S3=S4,故C正确,ABD错误;
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;楞次定律;左手定则
解题思路
根据线框的运动,由牛顿第二定律导出加速度的表达式,进而判断导体棒的运动情况;在图象中,F与t的乘积表示的是面积S,需要推到出Ft的乘积的表达式,从而判断两个的面积是否相等.
易错点
关键判断出导线框的运动情况,从而确定图线是直线还是曲线,通过面积表达式确定是否相等.
知识点
15.如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为,磁感应强度为
,有一宽度为
(
)、长度为
、回路总电阻为
、质量为
的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落,线圈的下边到达磁场的下边界的时候刚好作匀速运动并一直匀速穿出磁场区域,不计空气阻力,求:线圈穿过磁场区域所经历的时间
。
正确答案
(18分)
解析
设线圈匀速穿出磁场区域的速度为,此时有
得到
对线圈从开始到刚好完全进入磁场的过程,经历的时间设为,根据动量定理
,而
解得:
因为,所以接着线圈以
做匀加速直线运动,直到线圈的下边到达磁场的下边界为止,此过程经历的时间
,之后线圈以速度
匀速穿出磁场,经历的时间
,
故
考查方向
感生电动势、动生电动势;动量定理;匀变速直线运动规律的综合运用
解题思路
线圈穿越磁场区域经历了三段过程:进入磁场、完全在磁场里面和穿出磁场,分段求时间的表达式.
易错点
关键分析清楚物体的运动过程,在线圈从开始到刚好完全进入磁场的过程,线圈受到重力和安培力,运用动量定理列式,得到时间表达式;线圈完全在磁场里运动过程,做匀加速运动,由运动学公式得到时间表达式;匀速穿出磁场过程,由运动学公式得到时间表达式.联立即可求得总时间.
知识点
20.如下图1,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如下图2的变化电流I、周期为T,电流值为Im,图1中I所示方向为电流正方向.则金属棒( )(把正确答案全选出来.每小题全部选对,得4分;选对但不全,得部分分;有错选的得0分.)
正确答案
解析
A、根据左手定则知,导体棒开始所受的安培力方向水平向右,根据F=BIL知,安培力在第一个内做匀加速直线运动,在第二个
内,安培力方向水平向左,大小不变,做匀减速直线运动,根据运动的对称性知,一个周期末速度为零,金属棒的速度方向未变,可知金属棒一直向右移动,先向右做匀加速直线运动,再向右做匀减速运动,速度随时间周期性变化,位移不随时间周期性变化,故A错误,B正确;
C、因为电流周期性变化,则安培力也周期性变化,故C正确;
D、在一个周期内,安培力先做正功,后做负功,而一个周期内,动能的变化量为零,则安培力在一个周期内做功为零,故D错误.
考查方向
通电直导线在磁场中受到的力——安培力;左手定则
解题思路
根据左手定则判断出安培力的方向,结合加速度方向与速度方向的关系判断金属棒的运动规律.从而得出速度、安培力随时间的变化规律.
易错点
关键掌握安培力的方向判断,会根据金属棒的受力情况判断其运动情况.
知识点
如图,一对表面粗糙的平行金属轨道竖直固定在水平地面上,轨道与地面绝缘,轨道顶端连接有一定值电阻R,在A1A2、A3A4区域内有垂直于轨道平面向里的匀强磁场.一水平金属杆CD通过两金属环套在轨道上,现使金属杆CD以某一初速度竖直向上运动,穿过磁场区域后继续上升到最高位置A5A6,然后落回地面,此后不再运动.已知金属杆CD与轨道间的摩擦力大小恒为其重力的倍,金属杆CD向上运动经过A1A2和A3A4位置时的速度之比为2 :1,A3A4与A5A6间的距离是A1A2与A3A4间的距离的n倍,金属杆CD向下运动刚进入磁场区域就做匀速运动,重力加速度为g,金属轨道与金属杆CD的电阻都忽略不计,
求:
29.金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时的速度之比;
30.金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时的加速度大小;
31.金属杆CD向上、向下两次经过磁场区域的过程中定值电阻R上产生的焦耳热之比.
正确答案
解析
(1)设杆的质量为m,A3A4与A5A6间的距离为h,上升过程中的加速度大小为:
又
则
下降过程中的加速度大小为:
又
则
即:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆受力分析,由牛顿第二定理求出加速度,然后由运动学公式计算出速度v,即可求出比值。
易错点
金属杆CD向上、向下两次经过A3A4位置时没有安培力。
正确答案
解析
设杆的长度为,杆向上运动经过A1A2时的速度为
,切割产生的电动势
回路中的电流
杆受到的安培力大小,方向竖直向下。
杆向上经过A1A2刚进入磁场时,由牛顿第二定理得:
得
由题意知,杆下落进人磁场做匀速直线运动的速度v2,
切割产生的电动势为:
回路中的电流为:
杆受到的安培力:
这一过程杆受力平衡:
可得:
代入数据得:
考查方向
电磁感应中的力学
解题思路
对金属杆CD向上运动经过A1A2刚进入磁场时受力分析,结合欧姆定律和牛顿第二定理就可求出加速度a。
易错点
此题过程复杂,运动状态复杂,要仔细分析清楚各不同阶段的运动情况和受力情况。
正确答案
解析
设A3A2与A3A4的距离为d,杆向上穿过磁场的过程中,由动能定理经过A3A4继续上升nd,这一过程由动能定理得:
则:
杆下落 过程中,
由功能关系得:
即
考查方向
电磁感应中的能量
解题思路
根据功能关系,定值电阻R上产生的焦耳热数值上等于安培力做的功。
易错点
不会应用常见的功能关系。
5.如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线水平悬挂,处于垂直纸面水平向里的匀强磁场中,棒中通有由M到N的恒定电流,细线中拉力不为零,两细线竖直. 保持匀强磁场磁感应强度大小不变,方向缓慢地转过90°变为竖直向下,在这个过程中( )
正确答案
解析
初始状态时,金属棒受重力、拉力和安培力平衡.当磁场方向由垂直纸面向里缓慢地转过90°变为竖直向下,知安培力的大小FA=BIL不变,方向由竖直向上,变为垂直纸面向里.
根据共点力平衡条件可知,细线向纸面内偏转.因为金属棒受重力、拉力和安培力平衡,重力和安培力的合力与拉力大小等值方向,重力和安培力的大小不变,它们之间的夹角由180°变为90°,知两个力的合力一直增大,所以拉力一直增大.故A正确,BCD错误.
考查方向
共点力平衡的条件及其应用;安培力; 左手定则
解题思路
根据左手定则判断出安培力的方向,根据安培力方向的变化,结合共点力平衡判断拉力方向和大小的变化.
易错点
关键能够正确地受力分析,运用共点力平衡进行分析,注意由于磁场的方向始终与金属棒垂直,安培力的大小始终不变.
知识点
设在栈中,由顶向下已存放元素c,b,a,在第4个元素d入栈前,栈中元素可以出 栈,试问d入栈后,不可能的出栈序列是 ( )。
A. d c b a
B. c b d a
C. c a d b
D. c d b a
正确答案
C
解析
暂无解析
布卢姆将教育评价和教育活动过程联系起来,把教育活动过程的评价分为()
A.诊断性评价
B.形成性评价
C.终结性评价
D.中间性评价
E.过程性评价
正确答案
A,B,C
解析
暂无解析
已知char**S,下面正确的语句是( )。
A.s="ABCDEF";
B.*s= "ABCDEF";
C.**s="ABCDEF";
D.*s='A';
正确答案
C
解析
[解析]“s”是代表数组首地址的地址常量,不是变量,“=”左边不能出现常量,因此s="ABCDEF"语法错误。“**s”和“s”一样;“*s”是指变量地址,不能给其赋字符串。
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