课时训练23 通电导线在磁场中受到的力
1.如图所示,一根有质量的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬于A、B两点,棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,棒中通有电流,方向从M流向N,此时悬线上有拉力,为了使拉力等于零,可以( ) A.适当减小磁感应强度 B.使磁场反向 C.适当增大电流 D.使电流反向 答案:C
解析:为使悬线拉力为零,安培力的方向必须向上且增大才能与重力平衡,即合力为零,由左手定则可知,A、B、D错误,C正确。
2.通电矩形线框ABCD与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,AB边与MN平行。关于MN中电流的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是( )
A.线框有两条边所受的安培力方向相同 B.线框有两条边所受的安培力大小相等 C.线框所受的安培力的合力方向向左 D.线框所受的安培力的合力方向向右 答案:BD
解析:由安培定则可知导线MN中的电流在线框外所产生的磁场方向垂直于纸面向外,再由左手定则判断出BC边和AD边所受安培力大小相等,方向相反。AB边受到向右的安培力FAB,CD边受到向左的安培力FCD。因AB处的磁场强,CD处的磁场弱,故FAB>FCD,线框所受合力方向向右。 3.
如图所示,用细绳悬于O点的可自由转动的通电导线AB放在蹄形磁铁的上方,当导线中通以图示方向电流时,从上向下看,AB的转动方向及细绳中张力变化的情况为( ) A.AB顺时针转动,张力变大 B.AB逆时针转动,张力变小 C.AB顺时针转动,张力变小 D.AB逆时针转动,张力变大 答案:D
解析:在导线上靠近A、B两端各取一个电流元,A处的电流元所在处的磁场向上穿过导线,根据左手定则,该电流元受力垂直纸面向外,同理B处电流元受安培力垂直纸面向里,所以从上向下看,导线逆时针转动,同时,由于导线转动,所以电流在垂直纸面方向有了投影,对于此有效长度来说,磁感线是向右穿过导线,再根据左手定则可判定导线有向下运动的趋势,故选D。
4.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,当两线圈通有如图所示方向的电流时,则从左向右看,则线圈L1将( )
A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.向纸面内平动 答案:B
解析:由安培定则和左手定则可知L1上半环受安培力向纸外,下半环受安培力向纸里。因此从左向右看L1顺时针转动,选项B正确。
5.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线。导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向里的电流。用FN表示磁铁对桌面的压力,用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力。导线通电后与通电前相比较( )
A.FN减小,Ff=0 B.FN减小,Ff≠0 C.FN增大,Ff=0 D.FN增大,Ff≠0 答案:C
解析:直导线所在处的磁场方向水平向左,由左手定则知,直导线受条形磁铁的安培力方向竖直向上,由牛顿第三定律知,磁铁受直导线的力的方向为竖直向下,故FN增大,Ff=0,C正确。 6.如图所示,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方。MN与线圈轴线均处于竖直平面内,为使MN垂直纸面向外运动,可以( )
A.将A、C端接在电源正极,B、D端接在电源负极 B.将B、D端接在电源正极,A、C端接在电源负极 C.将A、D端接在电源正极,B、C端接在电源负极
D.将A、C端接在交流电源的一端,B、D端接在交流电源的另一端 答案:ABD
解析:本题主要考查两个方面:电流的磁场和左手定则。要求直杆MN垂直纸面向外运动,把直杆所在处的磁场方向和直杆中的电流方向画出来得A、B正确。若使A、C两端(或B、D两端)的电势相对于另两端B、D(或A、C两端)的电势的高低做同步变化,线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样,故D也正确。
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7.如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m,质量为6×10 kg的通电直导线,电流I=1 A,方向垂直纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,方向竖直向上的磁场
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中,设t=0时,B=0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s)
答案:5 s
解析:斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示。
由平衡条件 FTcos 37°=F① FTsin 37°=mg②
由①②解得:F=
代入数值得:F=0.8 N 由F=BIL得: B=T=2 T
B与t的变化关系为B=0.4 t 所以:t=5 s。
8.一根长为0.2 m的金属棒放在倾角为θ=37°的光滑斜面上,并通以I=5 A的电流,方向如图所示。整个装置放在磁感应强度为B=0.6 T、竖直向上的匀强磁场中,金属棒恰能静止在斜面上,则该棒的重力为多少?
答案:0.8 N
解析:以导体棒为研究对象,受力分析,将图用平面图形式画出,如图所示。
竖直方向上:FNcos θ=mg 水平方向上:FNsin θ=F 根据安培力公式有:F=BIL 三式联立得: mg= N=0.8 N。