- 磁场对通电导线的作用
- 共6047题
将长度为0.2m、通有1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示.已知磁感应强度为1T,试求下列各图中导线所受安培力的大小.
(1)F1=______N(2)F2=______N(3)F3=______N(4)F4=______N.
正确答案
解:由图可知电流与磁场方向平行,因此安培力的大小为0N.
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=0.2×1×1=0.2N.
由图可知电流与磁场方向成30°角,因此直接根据安培力的大小为:F=BILsin30°=0.2×1×1×=0.1N.
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=0.2×1×1=0.2N.
故答案为:(1)0(2)0.2(3)0.1(4)0.2
解析
解:由图可知电流与磁场方向平行,因此安培力的大小为0N.
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=0.2×1×1=0.2N.
由图可知电流与磁场方向成30°角,因此直接根据安培力的大小为:F=BILsin30°=0.2×1×1×=0.1N.
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=0.2×1×1=0.2N.
故答案为:(1)0(2)0.2(3)0.1(4)0.2
(2013秋•海淀区校级期末)两平行金属导轨间距离L=0.4m,金属导轨所在的平面与水平面夹角37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.5T、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=6V、内阻r=0.5Ω的直流电源.现把一个质量为m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,与金属导轨接触的两点间的导体棒的电阻R=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力大小;
(3)导体棒受到的摩擦力大小和方向.
正确答案
解:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:
I=
(2)导体棒受到的安培力:
F安=BIL=0.5×2×0.4N=0.4N
(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力为:F1=mg sin37°=0.24N
由于F1小于安培力,故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f,根据共点力平衡条件为:
mg sin37°+f=F安
解得:f=0.16N
答:(1)通过导体棒的电流为2A;
(2)导体棒受到的安培力大小为0.4N;
(3)导体棒受到的摩擦力大小为0.16N和方向沿斜面向下
解析
解:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:
I=
(2)导体棒受到的安培力:
F安=BIL=0.5×2×0.4N=0.4N
(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力为:F1=mg sin37°=0.24N
由于F1小于安培力,故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f,根据共点力平衡条件为:
mg sin37°+f=F安
解得:f=0.16N
答:(1)通过导体棒的电流为2A;
(2)导体棒受到的安培力大小为0.4N;
(3)导体棒受到的摩擦力大小为0.16N和方向沿斜面向下
将长0.5m,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,则匀强磁场的磁感应强度多大?若将通电导线中的电流减为2A,则这时匀强磁场的磁感应强度多大?导线所受安培力多大?
正确答案
解:磁场的磁感应强度为:
B==
T=0.15T
若将通电导线中的电流减为2A,则这时匀强磁场的磁感应强度仍不变.
导线受到的安培力为:F=BIL=0.15×2×0.5N=0.15N
此时磁感应强度仍为0.15T.
答:磁感应强度为0.15T;当电流为2A时,导线受到的安培力为0.15N,磁感应强度为0.15T.
解析
解:磁场的磁感应强度为:
B==
T=0.15T
若将通电导线中的电流减为2A,则这时匀强磁场的磁感应强度仍不变.
导线受到的安培力为:F=BIL=0.15×2×0.5N=0.15N
此时磁感应强度仍为0.15T.
答:磁感应强度为0.15T;当电流为2A时,导线受到的安培力为0.15N,磁感应强度为0.15T.
如图,有一金属棒ab,质量m=5g,电阻R=1Ω,可以无摩擦地在两条轨道上滑动,轨道间的距离为10cm,电阻不计,轨道平面与水平面间的夹角为37°,置于磁感应强度B=0.3T,方向垂直斜面向下的匀强磁场中,回路中电池的电动势E=2V,内电阻不计,滑动变阻器的Rb最大阻值为1000Ω.问:
(1)变阻器的电阻Rb为多大时,金属棒恰好静止?
(2)若金属棒ab和轨道的动摩擦因素为0.5,则变阻器的电阻Rb为多大时,金属棒静止?
正确答案
解:(1)根据左手定则判断出安培力的方向沿斜面向上,杆受力平衡如图所示:
由平衡条件可得:
BIL=mgsinθ37°
根据闭合电路欧姆定律,有:
I=
联立解得:
Rb=1Ω
(2)当金属棒正要向上滑动时,摩擦力沿斜面向下并达最大,此时通过金属棒的电流达到最大I1,故:
mgsinθ+μmgcosθ=BI1L
根据闭合电路欧姆定律,有:
I1=
解得:
Rb1=0.2Ω
当金属棒正要向下滑动时,摩擦力沿斜面向上并达最大,此时通过金属棒的电流最小为I2
mgsinθ=μmgcosθ+BI2L
根据闭合电路欧姆定律,有:
I2=
解得:
Rb2=1000Ω
故Rb的范围为:0.2--1000Ω;
答:(1)变阻器的电阻Rb为1Ω时,金属棒恰好静止;
(2)若金属棒ab和轨道的动摩擦因素为0.5,则变阻器的电阻Rb的范围为0.2Ω--1000Ω时,金属棒静止.
解析
解:(1)根据左手定则判断出安培力的方向沿斜面向上,杆受力平衡如图所示:
由平衡条件可得:
BIL=mgsinθ37°
根据闭合电路欧姆定律,有:
I=
联立解得:
Rb=1Ω
(2)当金属棒正要向上滑动时,摩擦力沿斜面向下并达最大,此时通过金属棒的电流达到最大I1,故:
mgsinθ+μmgcosθ=BI1L
根据闭合电路欧姆定律,有:
I1=
解得:
Rb1=0.2Ω
当金属棒正要向下滑动时,摩擦力沿斜面向上并达最大,此时通过金属棒的电流最小为I2
mgsinθ=μmgcosθ+BI2L
根据闭合电路欧姆定律,有:
I2=
解得:
Rb2=1000Ω
故Rb的范围为:0.2--1000Ω;
答:(1)变阻器的电阻Rb为1Ω时,金属棒恰好静止;
(2)若金属棒ab和轨道的动摩擦因素为0.5,则变阻器的电阻Rb的范围为0.2Ω--1000Ω时,金属棒静止.
如图所示,一根长L=0.4m,质量m=0.01kg的导线AB,用软导线悬挂在方向水平、磁感应强度B=0.1T的磁场中,现要使悬线拉力为零(g取10m/s2),求
(1)AB导线通电方向怎样?
(2)电流强度多大?
(3)若仅使电流反向,平衡时绳上的拉力是多大?
正确答案
解:(1)由题意可知,安培力方向向上,因此根据左手定则可判断流过AB的电流方向为向右.
(2)由题意可得:
mg=BIL,所以有:I==2.5A.
(3)使电流反向,绳子拉力T=mg+BIL=0.01×10+0.1×2.5×0.4=0.2N
答:(1)AB导线通电方向向右;(2)电流强度2.5A;(3)若仅使电流反向,平衡时绳上的拉力是0.2N
解析
解:(1)由题意可知,安培力方向向上,因此根据左手定则可判断流过AB的电流方向为向右.
(2)由题意可得:
mg=BIL,所以有:I==2.5A.
(3)使电流反向,绳子拉力T=mg+BIL=0.01×10+0.1×2.5×0.4=0.2N
答:(1)AB导线通电方向向右;(2)电流强度2.5A;(3)若仅使电流反向,平衡时绳上的拉力是0.2N
如图1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,棒向外偏转的最大角度θ=37°,求此棒中恒定电流多大?(不考虑棒摆动过程中产生的感应电流,g取10N/kg)
同学甲的解法如下:对铜棒受力分析如图2所示:
当最大偏转角θ=37°时,棒受力平衡,有:
FTcosθ=mg
FTsinθ=F安=BIl
得I==
A=7.5A
同学乙的解法如下:
如图3,F安做功:WF=Fx1=BIlsin37°×lsin37°=BI(lsin37°)2
重力做功:
WG=-mgx2=-mgl(1-cos37°)
由动能定理得:WF+WG=0
代入数据解得:
I=A≈5.56A
请你对甲、乙两同学的解法作出评价:若你对两者都不支持,则给出你认为正确的解答.
正确答案
解:(1)甲和乙同学的解法均错误
错误原因:前者认为棒到达最高点速度为零时,一定处于平衡状态,或者认为偏角最大的是平衡位置;后者将安培力做功求错.
(2)正确的解法如下:金属棒向外偏转过程中,导线拉力不做功,
如图所示:安培力F做功为WF=FS1=BIL2sin37°
重力做功为WG=-mgS2=-mgL(1-cos37°)
由动能定理得BIL2sin37°-mgL(1-cos37°)=0
解得 I==
A
答:此棒中恒定电流的大小为A.
解析
解:(1)甲和乙同学的解法均错误
错误原因:前者认为棒到达最高点速度为零时,一定处于平衡状态,或者认为偏角最大的是平衡位置;后者将安培力做功求错.
(2)正确的解法如下:金属棒向外偏转过程中,导线拉力不做功,
如图所示:安培力F做功为WF=FS1=BIL2sin37°
重力做功为WG=-mgS2=-mgL(1-cos37°)
由动能定理得BIL2sin37°-mgL(1-cos37°)=0
解得 I==
A
答:此棒中恒定电流的大小为A.
如图,通电导体棒的质量为60g,电流强度为2A,导体棒插在两光滑绝缘圆环中,两环相距1m,环的半径为0.5m,处在一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4T.通电后棒恰好能在圆环上某一位置处于平衡状态,求在此位置棒对每一只圆环的压力是多大?该位置与环底的高度差是多少?(g=10m/s2)
正确答案
解:导体棒所受的安培力大小为:F=BIL,
根据题意可知,安培力的方向为水平方向;
设每个圆环对导体棒的支持力为FN,与竖直方向的夹角为θ,
由物体的平衡条件得:
解得:FN=0.5N
答:在此位置棒对每一只圆环的压力是0.5N;该位置与环底的高度差是0.2m.
解析
解:导体棒所受的安培力大小为:F=BIL,
根据题意可知,安培力的方向为水平方向;
设每个圆环对导体棒的支持力为FN,与竖直方向的夹角为θ,
由物体的平衡条件得:
解得:FN=0.5N
答:在此位置棒对每一只圆环的压力是0.5N;该位置与环底的高度差是0.2m.
(2015秋•普陀区月考)如图甲,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡.线圈的水平边长l=0.1m,竖直边长L=0.3m.线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1T,方向垂直线圈平面向里.线圈中通有可在0~2A范围内调节的电流I.挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使得天平平衡,测出电流即可测得物体的质量.为使天平的量程达到1kg,线圈的匝数N1至少为______匝.若另选N2=100匝、形状相同的线圈,总电阻R=5Ω,不接外电流时,两臂平衡.保持B0不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1m,如图乙所示.当挂盘中放质量为0.5kg的物体时,天平平衡,此时磁感应强度的变化率为______T/s.
正确答案
解:左图中线圈受到安培力为:F=N1B0Il,
天平平衡有:mg=N1B0Il,
代入数据解得:N1=50匝
右图中,由电磁感应定律得:E=N2
则:E=N2ld
由欧姆定律得:I′=
线圈受到安培力为:F′=N2B0I′l
天平平衡有:m′g=N22B0•
代入数据解得:=2.5T/s
故答案为:50,2.5.
解析
解:左图中线圈受到安培力为:F=N1B0Il,
天平平衡有:mg=N1B0Il,
代入数据解得:N1=50匝
右图中,由电磁感应定律得:E=N2
则:E=N2ld
由欧姆定律得:I′=
线圈受到安培力为:F′=N2B0I′l
天平平衡有:m′g=N22B0•
代入数据解得:=2.5T/s
故答案为:50,2.5.
(2010秋•徐汇区期末)放在蹄型电磁铁两极间的通电导线,电流方向如图所示,请在图中标出:
(1)蹄型电磁铁的N、S极,
(2)通电导线所受安培力方向.
正确答案
解:根据右手螺旋定则,螺线管内部的磁场方向竖直向下,所以蹄形磁铁上边是S极,下边是N极,则导线所处的磁场方向竖直向上,根据左手定则,通电导线所受的安培力水平向左.如图所示.
故答案为:如图所示.
解析
解:根据右手螺旋定则,螺线管内部的磁场方向竖直向下,所以蹄形磁铁上边是S极,下边是N极,则导线所处的磁场方向竖直向上,根据左手定则,通电导线所受的安培力水平向左.如图所示.
故答案为:如图所示.
(2015秋•蓟县期中)如图所示,在倾角为37°的光滑斜面所处空间存在磁感应强度为B=1T的匀强磁场,斜面上斜面上有一根通电直导线垂直纸面放置并处于静止状态.导线中的电流I=1A,导线长度为30cm,取g=10m/s2.求:
(1)通电直导线受到的安培力多大?方向如何?
(2)通电直导线的质量多大?
正确答案
解:(1)安培力大小F=BIL=0.3N
方向沿斜面向上
(2)因为通电直导线处于静止状态,
所以F=BIL=mgsin37°
m=0.05kg
答:答:(1)通电直导线受到的安培力为0.3N,方向沿斜面向上
(2)通电直导线的质量0.05kg
解析
解:(1)安培力大小F=BIL=0.3N
方向沿斜面向上
(2)因为通电直导线处于静止状态,
所以F=BIL=mgsin37°
m=0.05kg
答:答:(1)通电直导线受到的安培力为0.3N,方向沿斜面向上
(2)通电直导线的质量0.05kg
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