- 安培力与磁电式仪表
- 共6244题
据新华社2010年12月14日报道.美国海军近日在弗吉尼亚州境内,成功试射了该国最新研制的电磁炮,其发射速度达5倍音速,射程则远达200公里.“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器,具有速度快,效率高等优点.如图是“电磁炮”的原理结构示意图.光滑水平加速导轨M、N长s=5m,宽L=1m,电阻不计.在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=25T.“电磁炮”总质量m=0.1kg,其中加速导体棒a、b的电阻R=0.4Ω.可控电源的内阻r=0.6Ω,电源的电压能自行调节,以保证“电磁炮”匀加速发射.在某次试验发射时,电源为导体棒a、b提供的电流是400A.求:这次试验中“电磁炮”发射的速度.
正确答案
解:导体棒ab所受安培力:F=BIL=104N
对于发射过程,由动能定理得:=Fs
解得,这次试验中“电磁炮”发射的速度:v=1000m/s
答:这次试验中“电磁炮”发射的速度为1000m/s.
解析
解:导体棒ab所受安培力:F=BIL=104N
对于发射过程,由动能定理得:=Fs
解得,这次试验中“电磁炮”发射的速度:v=1000m/s
答:这次试验中“电磁炮”发射的速度为1000m/s.
(2015秋•晋城期末)如图所示,将一根长L=2cm的通电直导线垂直放入足够大的匀强磁场中,当通过导线中的电流强度为I=2A时,测得直导线受到的磁场大小为F=4×10-3N,求:
(1)该匀强磁场的磁感应强度的大小;
(2)若电流不变,将放入磁场中直导线的长度减小到原来的一半,则它受到的磁场力的大小.
正确答案
解:(1)根据F=BIL得,B=.
(2)若电流不变,将放入磁场中直导线的长度减小到原来的一半,则
F=BIL=0.1×2×0.01N=1×10-3N.
答:(1)该匀强磁场的磁感应强度的大小为0.1T;
(2)若电流不变,将放入磁场中直导线的长度减小到原来的一半,则它受到的磁场力的大小为0.001N
解析
解:(1)根据F=BIL得,B=.
(2)若电流不变,将放入磁场中直导线的长度减小到原来的一半,则
F=BIL=0.1×2×0.01N=1×10-3N.
答:(1)该匀强磁场的磁感应强度的大小为0.1T;
(2)若电流不变,将放入磁场中直导线的长度减小到原来的一半,则它受到的磁场力的大小为0.001N
将长1m,通过8A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4N,则匀强磁场的磁感应强度B大小为多少?若将通电导线中的电流减为2A,导线受到的安培力为多少?
正确答案
解:由F=BIL得:=
=0.5T.
若通电导线中的电流变为2A,该导线所受到的安培力:F′=BIL=0.5×2×1N=1N
答:磁感应强度B的大小为0.5T,若通电导线中的电流变为2A,该导线所受到的安培力1N.
解析
解:由F=BIL得:=
=0.5T.
若通电导线中的电流变为2A,该导线所受到的安培力:F′=BIL=0.5×2×1N=1N
答:磁感应强度B的大小为0.5T,若通电导线中的电流变为2A,该导线所受到的安培力1N.
如图所示,在磁感应强度B=2.0T,方向竖直向上的于强磁场中,有一个与水平面成θ=37°的导电滑轨,滑轨上放一可以自由移动的金属杆ab,已知接在滑轨中的电源电动势E=10V,内电阻r=1Ω,ab杆长l=0.5m,质量m=0.2kg,杆与平行滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,求:接在滑轨中的变阻器R的阻值在什么范围的内变化是,可以使ab杆在滑轨上保持静止,(滑轨与ab杆的电阻不计,g取10m/s2)
正确答案
解:对导体棒受力分析,回路中的电流为:
I=
导体棒受到的安培力为:F=BIL
当摩擦力沿斜面向上,电流强度最小,电阻最大,由共点力平衡得:
mgsin37°-f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmax=9Ω
当摩擦力沿斜面向下,电流强度最大,电阻最小由共点力平衡得:
mgsin37°+f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmin=1Ω
答:可变电阻在1~9Ω范围内.
解析
解:对导体棒受力分析,回路中的电流为:
I=
导体棒受到的安培力为:F=BIL
当摩擦力沿斜面向上,电流强度最小,电阻最大,由共点力平衡得:
mgsin37°-f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmax=9Ω
当摩擦力沿斜面向下,电流强度最大,电阻最小由共点力平衡得:
mgsin37°+f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmin=1Ω
答:可变电阻在1~9Ω范围内.
质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示.现调节滑动变阻器的触头,试求出为使杆ab静止不动,通过ab杆的电流范围为多少?
正确答案
解:当电流较大时,导体有向上的运动趋势,所受静摩擦力向下,当静摩擦力达到最大时,磁场力为最大值F1,此时通过ab的电流最大为Imax;同理,当电流最小时,应该是导体受向上的最大静摩擦力,此时的安培力为F2,电流为Imin.
正确地画出两种情况下的受力图如图所示,
由平衡条件列方程求解.
根据第一幅受力图列式如下:F1-mgsinθ-f1=0
N1-mgcosθ=0
f1=μN1
F1=BImaxd
解上述方程得:Imax=0.46A
根据第二幅受力图F2-mgsinθ+f2=0
N2-mgcosθ=0
f2=μN2
F2=BImind
解上述方程得:Imin=0.14A
则通过ab杆的电流范围为:0.14A≤I≤0.46A.
答:通过ab杆的电流范围为0.14A≤I≤0.46A.
解析
解:当电流较大时,导体有向上的运动趋势,所受静摩擦力向下,当静摩擦力达到最大时,磁场力为最大值F1,此时通过ab的电流最大为Imax;同理,当电流最小时,应该是导体受向上的最大静摩擦力,此时的安培力为F2,电流为Imin.
正确地画出两种情况下的受力图如图所示,
由平衡条件列方程求解.
根据第一幅受力图列式如下:F1-mgsinθ-f1=0
N1-mgcosθ=0
f1=μN1
F1=BImaxd
解上述方程得:Imax=0.46A
根据第二幅受力图F2-mgsinθ+f2=0
N2-mgcosθ=0
f2=μN2
F2=BImind
解上述方程得:Imin=0.14A
则通过ab杆的电流范围为:0.14A≤I≤0.46A.
答:通过ab杆的电流范围为0.14A≤I≤0.46A.
如图,匀强磁场的方向垂直于纸面向里,通电导线与悬线绝缘,电流方向水平向左.在图中标出安培力的方向.
正确答案
解:根据左手定则:伸开左手,拇指与手掌垂直且共面,磁感线向里穿过手心,则手心朝里.四指指向电流方向,则指向左,拇指指向安培力方向:向下.
故答案为:向下
解析
解:根据左手定则:伸开左手,拇指与手掌垂直且共面,磁感线向里穿过手心,则手心朝里.四指指向电流方向,则指向左,拇指指向安培力方向:向下.
故答案为:向下
在磁场中某一点放入一通电导线,导线与磁场垂直,L=1cm,I=5A,所受磁场力是5×10-2N.求;
(1)这点的磁感应强度是多大?若电流增加为10A,所受磁场力为多大?
(2)若让导线与操场平行,这点磁感应强度多大?通电导线受到的磁场力多大?
正确答案
解:(1)根据公式F=BIL得:B=.
通10A电流受到的安培力为:F=BIL=1×10×0.01N=0.1N
(2)电流元平行磁场放置时,该处的磁感应强度不变,为1 T.所受磁场力为零,F=0.
答:(1)这点的磁感应强度是1T,若电流增加为10A,所受磁场力为0.1N
(2)若让导线与操场平行,这点磁感应强度为1T,通电导线受到的磁场力为0
解析
解:(1)根据公式F=BIL得:B=.
通10A电流受到的安培力为:F=BIL=1×10×0.01N=0.1N
(2)电流元平行磁场放置时,该处的磁感应强度不变,为1 T.所受磁场力为零,F=0.
答:(1)这点的磁感应强度是1T,若电流增加为10A,所受磁场力为0.1N
(2)若让导线与操场平行,这点磁感应强度为1T,通电导线受到的磁场力为0
质量为m长度为l的导体棒MN静止于水平导轨上.通过MN的电流强度为I,匀强磁场的磁感应强度为B,其方向与导轨平面呈θ斜向上,如图所示.求:
(1)安培力的大小和方向;
(2)MN受到的支持力和摩擦力.
正确答案
解:(1)有左手定则,安培力大小FA=BIl,方向垂直于磁场方向斜向上
(2)根据平衡条件得:
G+FAcosθ=N…①
f=FAsinθ…②
由①得:N=G-FAcosθ=mg-BIlcosθ
由②得:f=BIlsinθ
答:(1)安培力的大小和方向分别为BIL,方向垂直于磁场方向斜向上
(2)MN受到的支持力和摩擦力分别为mg-BIlcosθ,BIlsinθ
解析
解:(1)有左手定则,安培力大小FA=BIl,方向垂直于磁场方向斜向上
(2)根据平衡条件得:
G+FAcosθ=N…①
f=FAsinθ…②
由①得:N=G-FAcosθ=mg-BIlcosθ
由②得:f=BIlsinθ
答:(1)安培力的大小和方向分别为BIL,方向垂直于磁场方向斜向上
(2)MN受到的支持力和摩擦力分别为mg-BIlcosθ,BIlsinθ
如图所示,一根长为L=0.2m质量m=0.2Kg的方形直导线,水平放置在倾角为60°的粗糙的绝缘斜面上,直导线与斜面间的摩擦因数为μ=
,当通过直导线的电流I=5.0A时,要使它能静止在斜面上至少应加一个多大匀强磁场B?磁场方向与竖直方向的夹角α多大?
正确答案
解:以方形导线为研究对象,受重力mg、弹力FN、摩擦力f和安培力F,设磁场的方向向上偏右的角度为α,由于方向导线静止,所以据正交分解可得:
mgcos60°+Fcos(60+α)=FN
mgsin60°=f+Fsin(60+α)
又因为:f=μFN
联立以上解得:B[cos(60°+α)+3sin(60°+α)]=2
有三角函数的求极值可知,当α=0°时,B最小,即B=1T
答:使它能静止在斜面上至少应加一个1T匀强磁场;磁场方向应竖直向上.
解析
解:以方形导线为研究对象,受重力mg、弹力FN、摩擦力f和安培力F,设磁场的方向向上偏右的角度为α,由于方向导线静止,所以据正交分解可得:
mgcos60°+Fcos(60+α)=FN
mgsin60°=f+Fsin(60+α)
又因为:f=μFN
联立以上解得:B[cos(60°+α)+3sin(60°+α)]=2
有三角函数的求极值可知,当α=0°时,B最小,即B=1T
答:使它能静止在斜面上至少应加一个1T匀强磁场;磁场方向应竖直向上.
有一金属棒ab,质量为m,电阻不计,可在两条轨道上滑动,如图所示,轨道间距为L,其平面与水平面的夹角为θ,置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,回路中电源电动势为E,内阻不计,问:
(1)若导轨光滑,滑动变阻器阻值为多少时,金属棒能静止在轨道上?
(2)金属棒与轨道的最大静摩擦力为其所受重力的k倍,问:滑动变阻器R调节在什么阻值范围内,金属棒能静止在轨道上?
正确答案
解:(1)根据平衡条件得:
BIL=mgsinθ
又 I=
联立解得 R=
(2)当安培力最小,物体恰好要沿斜面下滑时,金属棒受力如图a所示.
沿斜面方向:
F+fm=mgsinθ,
又F=BIL=BL
最大静摩擦力 fm=kmg
三式联立得:R=
当安培力最大,物体恰好要沿斜面上滑时,金属棒受力如图b所示
沿斜面的方向:
F=fm+mgsinθ
又F=BIL=BL,fm=kmg
三式联立解得:R′=
所以滑动变阻器R调节范围为:≤R≤
答:
(1)若导轨光滑,滑动变阻器阻值为R=时,金属棒能静止在轨道上.
(2)滑动变阻器R调节范围为:≤R≤
.
解析
解:(1)根据平衡条件得:
BIL=mgsinθ
又 I=
联立解得 R=
(2)当安培力最小,物体恰好要沿斜面下滑时,金属棒受力如图a所示.
沿斜面方向:
F+fm=mgsinθ,
又F=BIL=BL
最大静摩擦力 fm=kmg
三式联立得:R=
当安培力最大,物体恰好要沿斜面上滑时,金属棒受力如图b所示
沿斜面的方向:
F=fm+mgsinθ
又F=BIL=BL,fm=kmg
三式联立解得:R′=
所以滑动变阻器R调节范围为:≤R≤
答:
(1)若导轨光滑,滑动变阻器阻值为R=时,金属棒能静止在轨道上.
(2)滑动变阻器R调节范围为:≤R≤
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