4磁場對通電導線的作用力

2021-08-27 04:48:04 字數 3553 閱讀 4358

【典型例題】

【例1】如圖所示,有一通電直導線放在蹄形電磁鐵的正上方,導線可以自由移動,當電磁鐵線圈與直導線中通以圖標的電流是時,有關直導線運動情況的說法中正確的是(從上往下看)(c)

a、順時針方向轉動,同時下降 b、順時針方向轉動,同時上公升

c、逆時針方向轉動,同時下降 d、逆時針方向轉動,同時上公升

【解析】用安培定則判斷通電蹄形電磁鐵的極性,通電直導線在蹄形磁鐵的磁場中,它的受力情況用電流無法進行判斷,如圖所示把直線電流等效為ao、oo/、o/b三段,其中oo/為極短的電流元。畫出電磁鐵的磁感線,可知oo/段電流元不受安培力的作用,ao段受垂直於紙面向外的安培力,o/b段受一垂直於紙面向裡的安培力,故從上往下看,導線以oo/段為軸逆時針轉動。再用特殊位置法,假設導線轉過90°,如圖所示,則導線受力的受力方向應豎直向下。

實際上導線的運動應是上述兩種運動的合成。

【答案】c

【例2】一根均勻粗導線的兩端用柔軟導線拉入電路,用用兩根彈簧測力計懸掛起來,使導線mn保持水平,如圖所示,在導線mn處加水平向裡的磁場,並通以自m向n的電流,彈簧測力計的示數為f,若要使彈簧測力計示數增大,可以採用的做法是(acd)

a、只減小電流b、只增加電流

c、只改變電流方向d、只改變磁場方向

【解析】對通電導體進行受力分析,由左手定則,確定安培力f安方向向上,如圖所示,設彈簧測力計的示數為t,則有t+f安=mg 即t=mg-f安,要使t增大,方法1、可使f安減小,f安=bil可知,通過減小i,可達到目的。方法2、可使f安反向,可通過改變電流方向或改變磁場方向來實現。

【答案】a、c、d

【例3】如圖所示,在與水平方向成60°的光滑金屬導軌間連一電源,在相距1m的平行導軌上放一重力為3n的金屬棒ab,棒上通以3a的電流,磁場方向豎直向上,這時棒恰好靜止。求:(1)勻強磁場的磁感應強度b;(2)ab棒對導軌的壓力。

t 6n

【解析】先將原圖改畫為側檢視,對導體棒受力分析,如圖所示,導體棒恰好能靜止,應有

nx=f安

ny=g

因為tan60°= 所以f安= tan60°ny=g

又f安=bil

所以b=

導體棒對軌道的壓力與軌道對棒的支援力n大小相等。

n==【基礎練習】

一、選擇題:

1、關於通電直導線所受的安培力f、磁感應強度b和電流i三者方向之間的關係,下列說法中正確的是( )

a、f、b、i的三者必定均相互垂直

b、f必定垂直於b、i,但b不一定垂直於i

c、b必定垂直於f、i,但f不一定垂直於i

d、i必定垂直於f、b,但f不一定垂直於b

2、如圖所示,在蹄形磁鐵的上方放置乙個可以自由運動的通電線圈abcd,最初線圈平面與蹄形磁鐵處於同一豎直麵內,則通電線圈運動的情況是( )

a、ab邊轉向紙外,cd邊轉向紙裡,同時向下運動

b、ab邊轉向紙裡,cd邊轉向紙外,同時向下運動

c、ab邊轉向紙外,cd邊轉向紙裡,同時向上運動

d、ab邊轉向紙裡,cd邊轉向紙外,同時向上運動

3、如圖所示,均勻繞制的螺線管水平放置,在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導線a,a與螺線管垂直,a導線中的電流方向垂直紙面向裡,開關s閉合,a受到通電螺線管磁場的作用力的方向是( )

a、水平向左 b、水平向右 c、豎直向下 d、豎直向上

4、如圖所示,一根通有電流i的直銅棒mn,用導線掛在磁感應強度為b的勻強磁場中,此時兩根懸線處於緊張狀態,下列哪些措施可使懸線中張力為零( )

a、適當增大電流b、使電流反向並適當減小

c、保持電流 i不變,適當增大b d、使電流i反向,適當減小

5、乙隻電壓表讀數偏小,為糾正這一偏差,可以採取的措施是( )

a、減少表頭線圈的匝數

b、增大表內的串聯電阻

c、增強表頭的永久磁鐵的磁性

d、轉緊表內的螺旋彈簧

6、如圖所示兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同,方向相反的電流,a受到的磁場力大小為f1,當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場後,a受到的磁場力大小變為f2,則此時b受到的磁場力大小變為( )

a、f2 b、f1-f2 c、f1+f2 d、2f1-f2

二、填空題:

7、如圖所示,通有電流的導體a可以自由運動,判斷導線a受安培力的情況及在安培力作用下導線將如何運動。

8、在勻強磁場中,有一段5㎝的導線和磁場垂直,當導線通過的電流是1a時,受磁場人作用力是0.1n,那麼磁感應強度b= t;現將導線長度增大為原來的3倍,通過電流減小為原來的一半,那麼磁感應強度b= t,導線受到的安培力f= n。

9、長為l的水平通電直導線放在傾角為的光滑的斜面上,並處在磁感應強度為b的勻強磁場中,若磁場方向豎直向上,則電流為i1時導線平衡,若磁場方向垂直於斜面向上,則電流為i2時導線平衡,那麼樣i1:i2

三、計算題:

10、質量為0.5㎏的金屬桿在相距1m的水平軌道上與軌道垂直放置金屬桿上通以i=4a的恆定電流,如圖所示,勻強磁場b垂直軌道平面,金屬桿與軌道間動摩擦因數為0.2,求勻強磁場的磁感應強度b的大小。

11、在傾角為的光滑斜面上,置一通有電流為i、長為l、質量為m的導體棒,如圖所示,試求:

⑴欲使棒靜止在斜面上,外加勻強磁場的磁感應強度b的最小值和方向

⑵欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力,應加勻強磁場b的最小值和方向

12、電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖所示,2023年,澳大利亞國立大學製成了能把2.2g的彈體(包括金屬桿ef的質量)加速到10km/s的電磁炮(常規炮彈的速度約為2km/s),若軌道寬2m,長為100m,通以恆定電流10a,則軌道間所加勻強磁場的磁感應強度為多大?磁場力的最大功率為多大?

(不計軌道摩擦)

【能力提公升】

1、在赤道上空,水平放置一根通以由西向東的電流的直導線,則此導線( )

a、受到豎直向上的安培力b、受到豎直向下的安培力

c、受到由南向北的安培力d、受到由西向東的安培力

2、質量為m的金屬導體棒置於傾角為的導軌上,棒與導軌間的摩擦係數為,當導體棒通電時,恰能在導軌上靜止,如圖所示的四個圖中標出了四種可能的勻強磁場的磁感應強度 b的方向,其中棒與導軌間的摩擦力可能為零的是( )

3、質量為m的一段直導線彎成n形後放到光滑水平面上,具體尺寸如圖所示,磁感受應強度為b的勻強磁場豎直向下穿過n形導線平面,當n形導線通入電流i的瞬間,導線的加速度大小為 。

4、有一金屬棒ab,質量為m,電阻不計,可在兩條軌道上滑動,如圖所示,軌道間距為l,其平面與水平面的夾角為,置於垂直於軌道平面向上的勻強磁場中,磁感應強度為b,金屬棒與軌道的最大靜磨擦力為其所受重力的k倍,迴路中電源電動勢為e,內阻不計,問:滑動變阻器r調節在什麼阻值範圍內,金屬棒能靜止在軌道上?

§4磁場對通電導線的作用力答案

【基礎練習】

一、選擇題:

1、b 2、b 3、d 4、ac 5、c 6、a

二、填空題:

7、略 8、2 2 0.15 9、

三、計算題:

10、0.25t 11、垂直於斜面向上,; 水平向左,

12、55t 1.1×107w

【能力提公升】

1、a 2、ac 3、 4、≤r≤

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