1、关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( )
A.安培力的方向可以不垂直于直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角无关
D.将直导线从中间折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
【答案】B
【解析】根据左手定则可知,安培力方向与磁场和电流所决定的平面垂直,即与电流和磁场方向都垂直,故A错误,B正确;磁场与电流不垂直时,安培力的大小为F=ILBsinθ(θ为B和I的夹角),则安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角有关,故C错误;当电流方向与磁场的方向平行时,所受安培力为0,将直导线从中间折成直角,安培力的大小一定变为ILB/2;当电流方向与磁场的方向垂直时,将直导线在垂直于磁场的方向的平面内从中间折成直角,则两段导线的安培力的大小都为ILB/2,且互相垂直,合力则变为原来的
,故D错误
2、下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是( )
【答案】C
【解析】由左手定则知,图A受力方向向右,图B受力方向向下,图D电流方向与磁场方向平行,不受安培力。故C正确。
3、、如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则MN所受安培力大小( )
A. F=BId B. F=BIdsinθ
C. F=BId/sinθ D. F=BIdcosθ
【答案】C
【解析】导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,AB与CD相距为d,此时切割磁场的导线的长度为d/sinθ,此时受到的安培力的大小为F=BIL=BId/sinθ,方向垂直于MN向下,故C正确;故选C.
4、如图所示,水平导轨接有电源,导轨上固定有三根导体棒a、b、c,长度关系为c最长,b最短,将c弯成一直径与b等长的半圆,将装置置于向下的匀强磁场中,在接通电源后,三导体棒中有等大的电流通过,则三导体棒受到的安培力大小关系为( )
A.Fa>Fb>Fc B.Fa=Fb=Fc
C.Fb<Fa<Fc D.Fa>Fb=Fc
【答案】D
【解析】设a、b两棒的长度分别为La和Lb,c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直,则:a、b、c三棒所受的安培力大小分别为: Fa=BILa;Fb=BILb=BId;c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等,则有:Fc=BId;因为La>d,则有:Fa>Fb=Fc.
5、一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中,导线上的电流方向由左向右,如下图所示.在导线以其中心点为轴转动90°的过程中,导线受到的安培力( )
A. 大小不变,方向不变
B. 由零增大到最大,方向时刻改变
C. 由最大减小到零,方向不变
D. 由零增大到最大,方向不变
【答案】D
【解析】设电流与磁场的夹角为θ,导体棒受的安培力为:F=BILsinθ,其中θ从0增大到90°,sinθ由0增加到1,故可知安培力由零逐渐增大;根据左手定则,安培力垂直与电方向流和磁场方向构成的平面,一直不变;故ABC错误,D正确;故选D
6、如图,长为2L的直导线拆成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为 ,当在该导线中通以电流强度为 的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A. 0 B. 0.5BIL
C.BIL D.2BIL
【答案】C
【解析】方法1:导线在磁场内有效长度为2Lsin30°=L,故该V形通电导线受到安培力大小为F=BILsin30°=BIL,选项C正确,选项ABD错误.
方法2:两段导线L受到的安培力大小为BIL,夹角为120°,它们的合力大小为BIL,故选C.
7、如图所示,两根相互平行放置的长直导线a和b通有大小相等、方向相反的电流,a受到磁场力的大小为F1,当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小变为F2.则此时b受到的磁场力大小为( )
A. F2 B. F1-F2 C. F1+F2 D. 2F1-F2
【答案】A
【解析】根据同向电流相互吸引,反向电流相互排斥,所以没加磁场前,二者所受的力等大方向,加上磁场后,受到的安培力也是等大反向,所以两个导线所受到的力均是等大反向,所以b受到的磁场力大小变为a受到的磁场力大小,A对
8、如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央上方固定一根长直导线,导线与条形磁铁垂直.当导线中通以垂直纸面向里的电流时,用FN表示磁铁对桌面的压力,F静表示桌面对磁铁的摩擦力,则导线通电后与通电前受力相比较是( )
A. FN减小,F静=0
B. FN减小,F静≠0
C. FN增大,F静=0
D. FN增大,F静≠0
【答案】C
【解析】磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极,因为长直导线在磁铁的中央上方,所以此处的磁感线水平向左,电流的方向垂直与纸面向里,根据左手定则,导线受到磁铁给的安培力方向竖直向上,根据牛顿第三定律知,导线对磁铁的反作用力方向竖直向下,因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力,则FN增大;因为这两个力的方向都是竖直向下的,所以磁铁不会产生运动趋势,就不会产生摩擦力,则Ff=0
9、如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A,导线与螺线管垂直。A中的“×”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里。电键S闭合前、后,绝缘线对导线A的作用力大小的变化情况是( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.不能确定
【答案】A
【解析】通电前绝缘绳只受导线的重力,通电后,首先根据安培定则判断通电螺线管在A处产生的磁场方向应该是水平向右。再根据左手定则判断可以知道A受到通电螺线管磁场的作用力的方向:竖直向下,此时绝缘绳受到向下的重力和安培力,故绝缘线对导线A的作用力变大,故A正确。
10、如图所示,两根光滑金属导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中,金属杆ab垂直导轨放置,当杆中通有从a到b的恒定电流I时,金属杆ab刚好静止.则( )
A. 磁场方向竖直向上
B. 磁场方向竖直向下
C. ab受安培力的方向平行导轨向上
D. ab受安培力的方向水平向右
【答案】AD
【解析】当磁场方向竖直向上时,由左手定则可知安培力水平向右,金属杆ab受力可以平衡,A、D正确;若磁场方向竖直向下,由左手定则可知安培力水平向左,则金属杆ab受力无法平衡,B、C错误
11、如图,质量为m,长为L,通有电流为I,的导体棒ab静止在水平导轨上,匀强磁场的磁感应强度为B,其方向与导轨平面成α角斜向上且和棒ab垂直,ab处于静止状态,求ab受到的摩擦力和支持力是多大?
【答案】BILsinθ; mg-BILcosθ
【解析】ab棒受力如图所示
因为棒ab处于静止状态,由水平方向受力平衡可得:f=F
安sinα=BILsinα,设支持力为F
N,根据竖直方向上受力平衡得F
安cosα+F
N=mg,则F
N=mg-BILcosα