- 磁场对通电导线的作用
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如图是课本中的两幅实验装置图,请你根据要求填空.
(1)通过a图的实验探究的物理问题是______.
(2)图b中能量转化是______.
正确答案
解析
解:(1)在a图中有电源,即当闭合开关时,在磁场中的通电导线会运动,即表明通电导线在磁场中受力的作用;
(2)在图b中,若迅速的向下拍击手柄,即活塞对筒中的空气做功,使得空气的内能增加,温度升高,当温度达到其内部棉花的着火点时,棉花就会燃烧,故是将机械能转化为内能的过程.
故答案为:(1)通电导线在磁场中受力的作用;(2)机械能转化为内能.
如图所示,竖直向下的匀强磁场中,用两条竖直线悬吊一水平通电直导线,导线长为L,质量为m,通入电流I后,悬线偏离竖直方向θ角保持静止,已知导线受的磁场力方向水平,求磁场的磁感应强度.
正确答案
解析
解:导线的受力如图所示,根据共点力平衡得,
mgtanθ=BIL,
解得磁感应强度B=.
答:磁场的磁感应强度为.
载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B=
,式中常量k>0,I为电流强度,r为距导线的距离.在水平长直导线MN正下方,矩形线圈abcd通以逆时针方向的恒定电流i,被两根轻质绝缘细线静止地悬挂,如图所示.开始时MN内不通电流,此时两细线内的张力均为T0.当MN通以强度为I1的电流时,两细线内的张力均减小为T1,当MN内电流强度变为I2时,两细线内的张力均大于T0.
(1)分别指出强度为I1、I2的电流的方向;
(2)求MN分别通以强度为I1、I2的电流时,线框受到的安培力F1与F2大小之比;
(3)当MN内的电流强度为I3时两细线恰好断裂,在此瞬间线圈的加速度大小为a,试求I3.
正确答案
解析
解:(1)当MN通以强度为I1的电流时,两细线内的张力均减小为T1,知此时线框所受安培力合力方向竖直向上,则ab边所受的安培力的向上,cd边所受安培力方向向下,知磁场方向垂直纸面向外,则I1方向向左.
当MN内电流强度变为I2时,两细线内的张力均大于T0.知此时线框所受安培力合力方向竖直向下,则ab边所受的安培力的向下,cd边所受安培力方向向上,知磁场方向垂直纸面向里,则I2方向向右.
(2)当MN中通以电流I时,设线圈中的电流大小是i,线圈所受安培力大小为
F1=KI1iL(-
)
F2=KI2iL(-
)
F1:F2=I1:I2,
(3)2T0=G
2T1+F1=G
由题意加速度向下:F3+G=
根据第(2)问结论:
I1:I3=F1:F3=
I3=(方向向右)
答:(1)I1方向向左,I2方向向右.
(2)线框受到的安培力F1与F2大小之比为I1:I2,
(3)电流I3的大小为I3=(方向向右).
在两个倾角均为α的光滑斜面上各放有一个相同的金属棒,金属棒中分别通有电流I1和I2,磁场的磁感应强度的大小相同,方向如图甲、乙所示,两根金属棒均处于平衡状态,则两种情况下的电流的比值I1:I2为( )
正确答案
解析
解:导体棒受力如图,根据共点力平衡得,
F1=mgtanα,
F2=mgsinα,
所以导体棒所受的安培力之比=
因为F=BIL,所以
故选:A
下列关于磁场的说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、磁体的磁场和电流的磁场,在本质上一样的,都是由运动电荷而产生的.故A正确,但不选;
B、运动电荷之间的相互作用有电场力,由于运动产生电流,从而出现磁场力.故B正确,但不选;
C、通电直导线所受安培力的方向与磁场及电流方向构成的平面相互垂直,故C错误;
D、在磁场中,磁体N极的受力方向为该处的磁场方向,而S极受力方向为该处的磁场的反方向.故D正确,但不选;
故选:C
(2015秋•宜昌期末)在磁场中的同一位置,先后引入长度相等的直导线a和b,a、b导线的方向均与磁场方向垂直,但两导线中的电流不同,因此所受到的力也不相同.下图中的几幅图象表现的是导线所受到的力F与通过导线的电流I的关系.a、b各自有一组F、I的数据,在图象中各描出一个点.下列四幅图中正确的是( )
正确答案
解析
解:在匀强磁场中,当电流方向与磁场垂直时所受安培力为:F=BIL,由于磁场强度B和导线长度L不变,因此F与I的关系图象为过原点的直线,故ABD错误,C正确.
故选:C
我们可以用如图所示的装置探究影响安培力方向的因素.实验中把磁铁的N极放置在金属棒上端,给金属棒通以A→B的电流,则金属棒将( )
正确答案
解析
解:磁场方向竖直向下,电流方向由A到B,根据左手定则知,金属棒所受安培力方向向左,知金属棒向磁铁内摆动.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
如图,在倾角为30°的光滑斜面上,垂直纸面放一根长为L、质量为m的直导体,通以如图方向的恒定电流I时,欲使导体静止在斜面上,应再外加匀强磁场,则磁感应强度B的大小和方向可能为( )
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,则沿斜面向下的安培力、支持力与重力,所以棒不可能处于平衡状态,故A错误;
B、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B正确;
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,处于平衡状态,则大小B=mg=
;故C错误;
D、外加匀强磁场的磁感应强度B的方向水平向左,则水竖直向上的安培力与重力,处于平衡状态,则大小B=,故D正确;
故选:BD
如图所示,两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN,处在与其垂直的水平匀强磁场中,金属细杆的长度为1m,质量为8.9×10-3kg.当金属细杆中通以0.89A的电流时,两绝缘细线上的拉力均恰好为零.忽略与金属细杆连接细导线的影响.求:
(1)每分钟通过金属细杆横截面的电量;
(2)金属细杆所受安培力大小;
(3)金属杆中的电流方向(向左或向右);
(4)匀强磁场的磁感应强度大小.
正确答案
解析
解:(1)每分钟通过金属细杆横截面的电量:
q=It=0.89×60=53.4C
(2)金属细杆在重力、安培力作用下处于平衡状态,安培力和重力等大反向,故安培力方向竖直向上.
金属细杆所受安培力的大小为:
F=mg=8.9×10-3kg×10N/kg=0.089N
(3)根据左手定则,伸开左手,让磁感线穿过手心,大拇指指向上方,四指从N指向M,故电流方向从N指向M.
故金属细杆中电流的方向为从N指向M.
(4)根据安培力公式有:F=BIL
则:B=
又F=mg
故B==
=0.1T
故匀强磁场的磁感应强度大小为0.1T.
答:(1)每分钟通过金属细杆横截面的电量为53.4C;
(2)金属细杆所受安培力大小为0.089N;
(3)金属杆中的电流方向向左;
(4)匀强磁场的磁感应强度大小为0.1T.
如图所示的是一种测量磁感轻度的简易装置,虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场,矩形线圈匝数为N,ab=cd=L1,bc=da=L2,当线框中通以逆时针方向的恒定电流I时,弹簧秤的示数为T1(不计弹簧秤重力);当线框中电流反向,大小不变时,弹簧秤示数为T2(T2>T1),则磁感应强度B的大小为______,并在图中标出磁场方向.
正确答案
解析
解:当线框中通以逆时针方向的恒定电流I时,弹簧秤的示数为T1;当线框中电流反向,大小不变时,弹簧秤示数增大为T2;说明安培力先向上,后向下;
根据平衡条件,有:
mg=nBIL+T1
mg+nBIL=T2
联立解得:
B=
开始时,bc边受安培力向上,电流向右,根据左手定则,磁场垂直向内,如图所示:
故答案为:,如图所示.
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