- 磁场对通电导线的作用
- 共6047题
把一根长为L=20cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中.
(1)当导线中通以I1=2A的电流时,导线受到的安培力大小为 1.0×10-7N,试求该磁场的磁感应强度的大小B;
(2)若该导线中通以I2=2.5A的电流,试求此时导线所受安培力大小F,并判断安培力的方向.
正确答案
解析
解:(1)根据F=BIL得:
B==
.
(2)当导线中电流变化时,导线所在处的磁场不变,
则:F=BIL=2.5×10-7×2.5×0.2=1.25×10-7N
根据左手定则,导线所受安培力方向垂直于导线向上
答:(1)磁感应强度的大小为2.5×10-7T.
(2)安培力的大小为1.25×10-7N,方向垂直于导线向上.
如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距1m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0.2kg,棒的中点用细绳经滑轮与物体相连,物体的质量M=0.3kg,棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下,为了使物体以加速度a=3m/s2加速上升,应在棒中通入多大的电流?方向如何?(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:导体棒的最大静摩擦力大小为fm=0.5mg=1N,M的重力为G=Mg=3N,则fm<G,要保持导体棒匀速上升,则安培力方向必须水平向左,则根据左手定则判断得知棒中电流的方向为由a到b.
根据受力分析,由牛顿第二定律,则有F安-T-f=ma
F安=BIL,
联立得:I=2.75A
答:应在棒中通入2.75A的电流,方向a→b.
在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25m,接入电动势E=12V,内阻r=1Ω的电池.垂直框放有一根质量m=0.2kg的光滑金属棒ab,整个装置放在磁感应强度B=0.8T,垂直框面向上的匀强磁场中,如图所示.当调节滑动变阻器R的阻值为多大时,可使金属棒静止在框架上?(框架与棒的电阻不计,g=10m/s2)
正确答案
解析
解:对金属棒受力分析,受重力、支持力、安培力,由平衡条件得:
mgsin30°=BIL
解得:I==
=5A
由闭合电路欧姆定律得:E=I(R+r)
解得:R==
=1.4Ω
答:当调节滑动变阻器R的阻值为1.4Ω时,可使金属棒静止在框架上.
在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中,有一长为0.3m,通有5A电流的直导线,当导线与磁场方向垂直时,它受到的安培力大小等于( )
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=0.2×5×0.3=0.3N,故ACD错误,B正确.
故选:B
安培力的方向可用______ 判断:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,让磁感线穿过手心,并使四指指向电流的方向,这时______所指方向就是安培力的方向.
正确答案
左手定则
大拇指
解析
解:安培力的方向可用左手定则判断;
左手定则的内容:张开左手,使四指与大拇指在同一平面内,大拇指与四指垂直,把左手放入磁场中,让磁感线穿过手心,四指与电流方向相同,大拇指所指的方向是安培力的方向.
故答案为:左手定则;大拇指.
(1)画出图(a)中闭合电路的一段导体cd在磁场内运动时感应电流的方向.
(2)画出图(b)中通电导体棒mn在磁场内所受安培力的示意图.
正确答案
解析
解:(1)由右手定则:让磁感线从掌心进入,并使拇指指向运动的方向,这时四指所指的方向就是电流方向
可知电流方向为如图
(2)由左手定则:让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是导线受的安培力的方向,可知所受安培力方向如图
如图所示,质量不能忽略的矩形线圈abcd,匝数为n,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.当线圈中通过如图电流I时,调节左端砝码使系统平衡.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,才能使系统再达到新的平衡.
(1)请判断磁场的方向并在虚框中标出.
(2)导出用已知量和测量得到的量n、m、L、I计算B的表达式.
正确答案
解析
解:(1)若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;
若B的方向垂直纸面向外,开始线圈所受安培力的方向向向上,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向下,相当于右边多了两倍的安培力大小,需要在左边加砝码.
故磁场的方向垂直纸面向外;
(2)根据平衡条件:
有:mg=2nBIL,
得:B=.
答:(1)请判断磁场的方向并在虚框中标出
(2)导出用已知量和测量得到的量n、m、L、I计算B的表达式为B=.
如图所示条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向里的电流,用F表示磁铁对桌面的压力,用f表示桌面对磁铁的摩擦力,导线中通电后与通电前相比较( )
正确答案
解析
解:(1)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:
(2)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;
(3)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.
故选:C.
在如图中已经标出了磁场B的方向、通电直导线中电流的方向,若磁感应强度为0.30T,电流为1.0A,导线长度为0.10m,求导线所受的安培力.(结果保留两位有效数字)
正确答案
解析
解:导线和磁场垂直,故导线受到的安培力为:F=BIL=0.30×1.0×0.10N=0.030N,由左手定则可知安培力方向在纸面内垂直导线向上.
答:安培力大小为0.030N,安培力方向在纸面内垂直导线向上.
如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,垂直纸面水平放置一根长为L1,质量为m的 通电直导线,电流方向垂直纸面向里,欲使导线静止于斜面上,则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是( )
正确答案
解析
解:A、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向下,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的方向竖直向下,则水平向左的安培力、支持力与重力,处于平衡状态,则大小B=mg;故B正确;
C、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向水平向左,则竖直向上的安培力、重力,此时支持力恰好为零,此时B=时,导线处于平衡状态,故C正确,
D、若水平向右则安培力竖直向下,则合力不会为0,则D错误.
故选:ABC.
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