- 磁场对通电导线的作用
- 共6047题
(2015秋•河南月考)我国两艘航空母舰正由位于上海的造船厂负责建造,首艘核动力航母预计2020年下水,工程院院士马伟明负责研制的电磁弹射技术已获成功,这加快了我国海军走向深蓝,如图所示,我国某艘航空母舰的水平跑道总长l=180m,其中电磁弹射器器是一种长度为l1=120m的直线电机,这种直线电机从头至尾可以提供一个恒定的牵引力F0.若我国动力航母舰载机使用歼-20,其空载质量为m=2.0×104kg,其发动机产生的最大推力为F1=1.8×105N.考虑到飞机在起飞过程中受到的阻力与速度大小有关,假设在电磁弹射阶段的平均阻力为飞机重力的0.05倍,在后一阶段的平均阻力为飞机重力的0.2倍.飞机离舰起飞的速度v=100m/s,g取10m/s2,飞机可视为质量恒定的质点.((1)结果可用根号表示,(2)问结果保留两位有效数字.)
请你求出:
(1)若航母静止,舰载机能否靠自身的发动机从舰上起飞(假定飞机受到的阻力不因有无电磁弹射力而改变)?
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置给舰载机的牵引力F0至少为多大?
正确答案
解:(1)对加速全程,根据动能定理,有:
代入数据解得:m/s<100m/s
故不能从航母起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置需要有推力,对全程,根据动能定理,有:
(F1+F0)l-0.05mgl1-0.2mgl2=-0
代入数据解得:N
答:(1)若航母静止,舰载机不能靠自身的发动机从舰上起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置给舰载机的牵引力F0至少为5.9×105N.
解析
解:(1)对加速全程,根据动能定理,有:
代入数据解得:m/s<100m/s
故不能从航母起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置需要有推力,对全程,根据动能定理,有:
(F1+F0)l-0.05mgl1-0.2mgl2=-0
代入数据解得:N
答:(1)若航母静止,舰载机不能靠自身的发动机从舰上起飞;
(2)为了使舰载机安全起飞,弹射装置给舰载机的牵引力F0至少为5.9×105N.
如图(a)所示,在竖直向上的匀强磁场中,质量为m=0.01kg的通电导体棒ab静止在间距L=0.5m、倾角α=37°的光滑倾斜导轨上,且导体棒中的电流大小为I=2.0A.
(1)在图(b)中做出ab的受力示意图;
(2)求出磁感应强度B的大小.
正确答案
解:棒的受力情况如图
F2=mgtan37°=mg=0.075N
得B2==0.075T
答:若磁感应强度竖直向上,在图b中做出ab的受力示意图如图所示;磁感应强度B2的大小为0.075T.
解析
解:棒的受力情况如图
F2=mgtan37°=mg=0.075N
得B2==0.075T
答:若磁感应强度竖直向上,在图b中做出ab的受力示意图如图所示;磁感应强度B2的大小为0.075T.
如图所示,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.1Ω,水平放置的金属导轨的宽度为d=1.5m,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向与放置在轨道上的导体棒MN垂直,但与竖直方向夹角为30°,金属棒的质量为1000g,电阻为R=1.4Ω,若MN 在轨道上静止,则MN在轨道上所受的支持力为多少?摩擦力大小为多少?方向如何?(g=10m/s2)
正确答案
解:棒的受力分析图如图所示:
根据闭合电路欧姆定律:I==
=1A
安培力为:F=BIL=2×1×1.5=3N
根据平衡条件:Fcosθ=f
N+Fsinθ=mg
联立得:f=N,方向向左;
N=8.5N;
答:所受的支持力为8.5N;摩擦力大小为N,方向向左.
解析
解:棒的受力分析图如图所示:
根据闭合电路欧姆定律:I==
=1A
安培力为:F=BIL=2×1×1.5=3N
根据平衡条件:Fcosθ=f
N+Fsinθ=mg
联立得:f=N,方向向左;
N=8.5N;
答:所受的支持力为8.5N;摩擦力大小为N,方向向左.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上,一倾角为α的光滑斜面上,静止一根长为L,重力G,通有电流I的金属棒.求:
(1)匀强磁场的磁感应强度大小;
(2)导体棒对斜面的压力大小.
正确答案
解:由左手定则知金属棒受水平向右的安培力,对金属棒进行受力分析,运用合成法,如图;
由平衡条件得:F安=BIL=Gtanα
则B=
(2)由上图,根据三角函数关系知:
N=
答:(1)匀强磁场的磁感应强度大小为
(2)导体棒对斜面的压力大小为.
解析
解:由左手定则知金属棒受水平向右的安培力,对金属棒进行受力分析,运用合成法,如图;
由平衡条件得:F安=BIL=Gtanα
则B=
(2)由上图,根据三角函数关系知:
N=
答:(1)匀强磁场的磁感应强度大小为
(2)导体棒对斜面的压力大小为.
如图所示,倾角为α=30°的光滑金属导轨宽为L,金属棒ab的电阻为R,质量为m,电源电动势为E,内阻为r,导轨电阻不计,匀强磁场的方向水平向右垂直于ab,金属棒静止.求:
(1)电源的输出功率;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,且保证棒仍然静止在导轨上,试求最小的B值.
正确答案
解:(1)据闭合电路的欧姆定律知干路电流:I=…①
电源的输出功率:P=I2R…②
联立①②解得:P=
(2)以金属棒为研究对象,受力分析如图1所示.
由于金属棒静止,所以mg=BIL…③
联立①③解之得:B=
(3)以金属棒为研究对象,当磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,安培力方向也改变,且保证棒仍然静止,据图分析知,当安培力水平向右时,安培力最小,受力分析如图2所示.
据图知,最小安培力为:F=mgsinα…④
又因为:F=B1IL…⑤
联立①④⑤解之得:B1=
据左手定则知,磁场的方向垂直于斜面向下.
答:(1)电源的输出功率;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,且保证棒仍然静止在导轨上,求最小的B值,方向磁场的方向垂直于斜面向下.
解析
解:(1)据闭合电路的欧姆定律知干路电流:I=…①
电源的输出功率:P=I2R…②
联立①②解得:P=
(2)以金属棒为研究对象,受力分析如图1所示.
由于金属棒静止,所以mg=BIL…③
联立①③解之得:B=
(3)以金属棒为研究对象,当磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,安培力方向也改变,且保证棒仍然静止,据图分析知,当安培力水平向右时,安培力最小,受力分析如图2所示.
据图知,最小安培力为:F=mgsinα…④
又因为:F=B1IL…⑤
联立①④⑤解之得:B1=
据左手定则知,磁场的方向垂直于斜面向下.
答:(1)电源的输出功率;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果磁场方向可以在垂直于ab的平面内转动,且保证棒仍然静止在导轨上,求最小的B值,方向磁场的方向垂直于斜面向下.
如图所示,质量m=0.1kg、电阻不计的金属杆ab放在宽l=1m,倾角θ=37°的导轨上,导轨电阻不计,其上端接电动势为E=3V、内阻r=1Ω的直流电源和一可变电阻R.磁感应强度B=0.5T的匀强磁场竖直向上穿过导轨平面,金属杆ab与导轨间的最大静摩擦力f=0.4N.欲使ab棒静止在导轨上不动,求可变电阻R的取值范围.
正确答案
解:若静摩擦力沿斜面向上,设安培力为F1,
F1cosθ+f=mgsinθ
解得F1=0.25N
若静摩擦力沿斜面向下,设安培力为F2,
F2cosθ=f+mgsinθ
解得F2=1.25N
而F安=BIL
I=
代入数据解得0.2Ω≤R≤5Ω
答:可变电阻R的取值范围为0.2Ω≤R≤5Ω
解析
解:若静摩擦力沿斜面向上,设安培力为F1,
F1cosθ+f=mgsinθ
解得F1=0.25N
若静摩擦力沿斜面向下,设安培力为F2,
F2cosθ=f+mgsinθ
解得F2=1.25N
而F安=BIL
I=
代入数据解得0.2Ω≤R≤5Ω
答:可变电阻R的取值范围为0.2Ω≤R≤5Ω
(2015秋•高安市校级期中)如图所示光滑、水平金属导轨的间距为L=1m,处在一个竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=2T,其上有一个与之接触良好的金属棒,金属棒的电阻R=1Ω,导轨电阻不计,导轨左侧接有电源,电动势E=10V,内阻r=1Ω,某时刻起闭合开关,金属棒开始运动,已知金属棒的质量m=1kg,导轨足够长.问:
(1)金属棒速度为2m/s时金属棒的加速度为多大?
(2)金属棒达到稳定状态时的速度为多大?
(3)导轨的右端是一个高为0.8m、宽为1.8m的壕沟,那么金属棒离开导轨后能否落到对面的平台?
正确答案
解:(1)感应电动势:ɛ=BLv=2×1×2V=4V…①
且产生的感应电流其方向与电路电流方向相反,则此时电路的实际电压:
U=E-ɛ=10-4V=6V…②
电流:I=
F合=F安-f=BIl-μmg=1N…③
…④
(2)金属棒达到稳定状态,即:F安=f…⑤
则:BIl=μmg
…⑥
E-ɛ=I(R+r) 得:ɛ=E-I(R+r)=5V…⑦
由ɛ=Blv得:
…⑧
(3)…⑨
x=vt…⑩
得:t=0.4s,x=1m>0.8m
知金属棒能够落到对面的平台.
答:(1)金属棒速度为2m/s时金属棒的加速度为1m/s2.
(2)金属棒达到稳定状态时的速度为2.5m/s.
(3)金属棒能够落到对面的平台
解析
解:(1)感应电动势:ɛ=BLv=2×1×2V=4V…①
且产生的感应电流其方向与电路电流方向相反,则此时电路的实际电压:
U=E-ɛ=10-4V=6V…②
电流:I=
F合=F安-f=BIl-μmg=1N…③
…④
(2)金属棒达到稳定状态,即:F安=f…⑤
则:BIl=μmg
…⑥
E-ɛ=I(R+r) 得:ɛ=E-I(R+r)=5V…⑦
由ɛ=Blv得:
…⑧
(3)…⑨
x=vt…⑩
得:t=0.4s,x=1m>0.8m
知金属棒能够落到对面的平台.
答:(1)金属棒速度为2m/s时金属棒的加速度为1m/s2.
(2)金属棒达到稳定状态时的速度为2.5m/s.
(3)金属棒能够落到对面的平台
把5.0V的电压加在一段电阻丝的两端测得通过电阻的电流为1.0×102mA.当电阻丝的两端电压增加至20.0V时,通过它的电流为多少安培?经过1分钟产生的热量为多少?
正确答案
解:由R=可知:R=
=50Ω;
则当电压增大为20.0V时,电流为:I′==
=0.4A;
由焦耳定律有:Q=I2Rt=0.42×50×60=480J
答:通过电阻丝的电流为0.4A、480J
解析
解:由R=可知:R=
=50Ω;
则当电压增大为20.0V时,电流为:I′==
=0.4A;
由焦耳定律有:Q=I2Rt=0.42×50×60=480J
答:通过电阻丝的电流为0.4A、480J
利用图示装置可以测定匀强磁场的磁感应强度B.已知单匝矩形线圈宽为L,磁场垂直于纸面,当线圈中通以方向如图所示的电流I时,天平如图示那样平衡.当电流大小不变,方向改变时,在右边再加质量为m的砝码后,天平才重新平衡.试求出磁感应强度的大小和方向.
正确答案
解:由题意知开始安培力方向为竖直向下,
据左手定则知B的方向垂直纸面向里.
设线圈重力为G,单匝矩形线圈受到安培力为 F=BIL
电流为图示方向时:m1g=m2g+G+F
电流反向时:m1g=m2g+G+mg-F
解以上两式得
答:磁感应强度的大小为,方向垂直纸面向里
解析
解:由题意知开始安培力方向为竖直向下,
据左手定则知B的方向垂直纸面向里.
设线圈重力为G,单匝矩形线圈受到安培力为 F=BIL
电流为图示方向时:m1g=m2g+G+F
电流反向时:m1g=m2g+G+mg-F
解以上两式得
答:磁感应强度的大小为,方向垂直纸面向里
(2015秋•宁夏校级期末)如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度.它的右臂挂着矩形线圈,匝数n=10,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.当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡.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,才能使两臂重新平衡.
(1)导出用已知量和可测量n、m、L、I计算B的表达式;
(2)当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是多少?(取2位有效数字)
正确答案
解:(1)根据平衡条件:
有:mg=2nBIL,
得:B=.
(2)B=
答:(1)导出用已知量和可测量n、m、L、I计算B的表达式;
(2)当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是0.43T
解析
解:(1)根据平衡条件:
有:mg=2nBIL,
得:B=.
(2)B=
答:(1)导出用已知量和可测量n、m、L、I计算B的表达式;
(2)当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是0.43T
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