通电导线在磁场中受到的力
定义
安培力(Ampere's force)是通电导线在磁场中受到的作用力。由法国物理学家A·安培首先通过实验确定。
意义
安培力的重要意义在于,一方面进一步指出了电与磁的相互联系;另一方面是应用价值,电动机的工作原理就是基于安培力。
安培力做功的实质
起传递能量的作用,将电源的能量传递给通电直导线,而磁场本身并不能提供能量,安培力做功的特点与静摩擦力做功相似。
分析
磁场对电流的作用力通常称为安培力,为纪念法国物理学家安培研究磁场对电流的作用力的杰出的贡献。
通电导线在磁场中受到的作用力。电流为I、长为L的直导线。在匀强磁场B中受到的安培力大小为:
F=ILBsinα,其中α为(I,B),是电流方向与磁场方向间的夹角。
安培力的方向由左手定则判定。对于任意形状的电流受非匀强磁场的作用力,可把电流分解为许多段电流元IΔL,每段电流元处的磁场B可看成匀强磁场,受的安培力为ΔF=IΔL·Bsinα,把这许多安培力矢量相加就是整个电流受的力。
应该注意,当电流方向与磁场方向相同或相反时,即α=0或π时,电流不受磁场力作用。当电流方向与磁场方向垂直时,电流受的安培力最大为F=BIL。B是磁感应强度,I是电流强度,L是导线垂直于磁感线的长度。
安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力。磁场对运动电荷有力的作用,这是从实验中得到的结论。同样,当电荷的运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力作用,也是从实验观察中得知。当电流方向与磁场平行时,电荷的定向移动方向也与磁场方向平行,所受洛伦兹力为零,其合力安培力也为零。
洛伦兹力不做功是因为力的方向与粒子的运动方向垂直,根据功的公式W=FScosθ,θ=90°时,W=0。而安培力是与导线中的电流方向垂直,与导线的运动方向并不一定垂直,一般遇到的情况大多是在同一直线上的,所以安培力做功不为零。
如图所示,两根完全相同的V字形导轨OPQ与KMN放在绝缘水平面上,两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置,其间距为L,电阻不计。两根导轨光滑且足够长,所形成的两个斜面与水平面的夹角都是α。两个金属棒ab和的质量都是m,电阻都是R,与导轨垂直放置且接触良好,两个金属棒离最低点都足够远。空间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。下列判断正确的是 [ ] A.让固定不动,将ab释放,则ab的加速度将逐渐增大
B.让固定不动,将ab释放,则ab的最大速度是
C.如果将ab与同时释放,两棒达到最大速度时的总电动势比只释放一个棒达到最大速度时的电动势大
D.如果将ab与同时释放,两棒达到的最大速度是只释放一个棒时最大速度的2倍如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1.0m,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为0.20kg,电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25。
(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;
(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8.0W,求该速度的大小;
(3)在第2问中,若R=2.0Ω,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小和方向。(g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80)如图所示,在空间中存在两个相邻的,磁感应强度大小相等,方向相反的有界匀强磁场,其宽度均为L。现将宽度也为L的矩形闭合线圈,从图示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域,则在该过程中,能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图象是 [ ] A. B. C. D. 一根通电导体棒置于倾角为θ的导轨上,电流方向垂直纸面向里,已知导体与轨道间的动摩擦因数为μ,在如图所示所加的各种磁场中,导体棒均处于静止状态,则导体棒与导轨间摩擦力可能为零的是 [ ] A. B. C. D. 一根通电直导线在某个空间没有受到安培力的作用,那么 [ ] A.这个空间一定没有磁场
B.这个空间可能有方向与电流方向平行的磁场
C.这个空间可能有方向与电流方向垂直的磁场
D.以上三种说法都不对与磁场方向垂直的通电直导线,它受到的磁场作用力的方向是 [ ] A.跟电流方向垂直,跟磁场方向垂直
B.跟电流方向垂直,跟磁场方向平行
C.跟电流方向平行,跟磁场方向垂直
D.跟磁场方向相同如图所示,一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上,并与金属导轨组成闭合回路。当回路中通有电流时,导体棒受到安培力作用。要使安培力增大,可采用的方法有 [ ]
A.增大磁感应强度
B.减小磁感应强度
C.增大电流强度
D.减小电流强度如图所示,金属棒ab用软导线悬挂在磁感应强度为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场中,ab通以如图所示的电流I,此时悬线有一定的张力,若要使悬线张力为零,下列做法中有可能实现的是 [ ] A.增大磁感强度B
B.增大ab中的电流I
C.改变电流I的方向
D.改变磁感强度B的方向条形磁铁放在水平桌面上,左端为N极,右端为S极,在其正中央上方固定一根直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,则磁铁对桌面压力___________(填增大、减小或不变),受桌面的摩擦力作用方向___________(填向左、向右或不受摩擦力)。 在匀强磁场中(磁感应强度为B)有一折导线abc,ab=bc=L,θ=60°,导线中的电流方向如图所示,电流强度为I,则折导线受到磁场作用力为_____________,力的方向为_____________。 光滑的金属导轨相互平行,它们在平面与水平面夹角为45°,磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场竖直向上穿过导轨,此时导轨上放一重0.1N、电阻0.2Ω的金属棒,导轨间距L=0.4m,导轨中所接电源的电动势为6V,内阻0.5Ω,其它的电阻不计,则欲使金属棒在导轨上保持静止,电阻R应为多大? 如图所示,固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻,但表面粗糙,导轨左端连接一个电阻R,质量为m的金属棒ab(电阻也不计)放在导轨上,并与导轨垂直,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中 [ ] A.恒力F做的功等于电路产生的电能
B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能
C.克服安培力做的功等于电路中产生的电能
D.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和如图所示的匀强磁场,磁感应强度为0.2T,通电直导线与磁场方向垂直,导线长度为0.2m,导线中电流为1A。 该导线所受安培力的大小为 [ ] A.0.01N
B.0.02N
C.0.03N
D.0.04N三角形导线框abc放在匀强磁场中,磁感线方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图像如图所示。t=0时磁感应强度方向垂直纸面向里,则在0~4s时间内,线框的ab边所受安培力随时间变化的图像是如图所示的(力的方向规定向右为正) [ ] A. B. C. D. 赤道上的地磁场可以看成沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小是B=0.50×10-4T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长L=20m,载有从东到西的电流I=30A。地磁场对这根导线的作用力有多大?方向如何? 以下说法正确的是 [ ] A.通电导线在磁场中可能会受到力的作用
B.磁铁对通电导线不会有力的作用
C.两根通电导线之间不可能有力的作用
D.两根通电导线之间只可能有引力的作用,不可能有斥力的作用安培力的方向与_____________、_____________有关,可以根据_____________判断。 如图所示,MN、PQ为间距且足够长的平行导轨,,导轨平面与水平面间的夹角°,NQ间连接一个的电阻。一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度。将一根质量、电阻的金属棒ab,紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨的电阻不计。现静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数,当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度。(g取l0m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8) 问:
(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大?
(2)金属棒达到的稳定时,速度多大?在水平匀强磁场中,用两根相同的细绳水平悬挂粗细均匀的直导线MN,导线中通以从M到N的电流I,此时绳子受力都是F,为使F=0,可采用下列方法中的 [ ] A.把电流强度增大到某一值
B.把电流强度减小到某一值
C.使电流I反向
D.使磁场B反向一根长2m的直导线,通有1A的电流,把它放在B=0.2T的匀强磁场中,并与磁场方向垂直,导线所受的安培力有 [ ] A.0 N
B.0.4 N
C.0.8 N
D.0.2 N如图所示,在同一水平面上的两金属导轨间距:ab=0.4m,处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=2T。导体棒ab垂直导轨放置在金属导轨间,闭合开关,当通过导体ab的电流I=0.5A,求:
(1)导体棒ab受到安培力的大小;
(2)导体棒ab受到安培力的方向。赤道上的地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小为5×10-5T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长为30m,载有从西到东的电流30A,地磁场对这根导线的作用力有多大?方向如何? 如图所示,把一根通电导体棒ab放在垂直纸面向里的匀强磁场中,电流方向由a至b,则ab受到安培力的方向是 [ ] A.垂直ab向上
B.垂直ab向下
C.竖直向上
D.水平向左如图所示,有一匀强磁场,磁感应强度B=1T。有一段长L=0.1m的导线垂直磁场方向放置,当导线中通以I=0.5A的水平向右的电流时:
(1)判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下;
(2)求导线所受到的安培力F的大小。关于磁场和磁感线的描述,正确的说法是 [ ] A.磁感线总是从磁体的N极出发,终止于S极
B.磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向
C.沿磁感线方向,磁场逐渐减弱
D.在磁场强的地方同一通电导体受的安培力可能比在磁场弱的地方受的安培力小赤道附近的地磁场可以看做是沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小是,如果赤道上有一根沿东西方向的直导线长10m,通有从西向东的电流20A,求地磁场对这根导线的作用力有多大?方向如何? 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N表示磁铁对桌面的压力,用f表示桌面对磁铁的摩擦力,导线中通电后与通电前相比较 [ ] A.N减小,f=0
B.N减小,f≠0
C.N增大,f=0
D.N增大,f≠0一通电细杆置于倾斜的导轨上,杆与导轨间有摩擦,当有电流时直杆恰好在导轨上静止。如图是它的四个侧视图,标出了四种可能的磁场方向,其中直杆与导轨间的摩擦力可能为零的是 [ ] A. B. C. D. 如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L,匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止。求:
(1)B至少多大?这时B的方向如何?
(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源,另一端接有电阻R=5.0Ω。现把一个质量为m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好,与金属导轨接触的两点间的导体棒的电阻R0=5.0Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2。已知sin37°=0.60,cos37°=0.80,求:
(1)导体棒受到的安培力大小;
(2)导体棒受到的摩擦力。关于磁场对通电直导线作用力的大小,下列说法中正确的是 [ ] A、通电直导线跟磁场方向平行时作用力最小,但不为零
B、通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大
C、作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角大小无关
D、通电直导线跟磁场方向不垂直时肯定无作用力在赤道附近的地磁场可看做是沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小是0.5×10-4T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长20m,通有从东向西的电流30A,问地磁场对这根导线的作用力有多大?方向如何? 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挂于a、b两点。棒的中部处于方向垂直纸面向里的句强磁场中,棒中通有电流,方向从M流向N,此时是线上有拉力。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.适当增大电流强度
D.使电流反向
- 1下列词语中划线的字,读音和字形全都正确的一组是()A.阜盛(fù)桅杆(wéi)瘦削(xuē)扪参历井(shēn)B.脊
- 22010年“中国水周”的宣传主题是“严格水资源管理,保障可持续发展”.下列认识和做法不符合这一主题的是( )A.洗菜、
- 3图中竖直圆筒是固定不动的,粗筒横截面积是细筒的4倍,细筒足够长,粗筒中A、B两轻活塞间封有空气,气柱长L=20cm,活塞
- 4— I rang you at about nine,but there was no reply.— Oh,that
- 5(2011年江西南昌,6题)今年五月,长江中下游遭遇严重干旱。下列缓解旱情的做法不正确的是A.推广使用节水器具B.工业用
- 6某宾馆约有几十个房间,如图所示为其中一客房卫生间内的排气扇,每个客房卫生间的排气扇之间是以 的
- 7(本题满分6分,每小题2分) 掷一枚骰子,观察向上一面的点数,则下列事件的概率分别为:(1)点数为3的概率为
- 8不等式组:的解集在数轴上表示为[ ] A.B.C.D.
- 9下面的几个食谱中,你认为营养不均衡的是( )A.凉拌西红柿、白菜、豆腐、炖肉、米饭B.凉拌芹菜、米饭、豆腐汤、肉丁炸
- 10【题文】设二次函数的图象在点的切线方程为,若则下面说法正确的有:
- 1化学既研究自然界已有的物质,也制造自然界中原来没有的物质,下列各组物质都属于自然界中天然存在的是( )A.合成纤维和玻
- 2关于我国南方和北方种植业的叙述,正确的是( )A.北方主要的是旱地,南方主要是水田B.水稻是南北方广泛种植的作物C.甜
- 3若y=loga(ax+2)(a>0,且a≠1)在区间[-1,+∞)上是增函数,则a的取值范围是_______.
- 4按如图所示的程序框图运算,若输出k的值为2,则输入x的取值范围是______.
- 5在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且cosA=255,sinB=1010.(Ⅰ)求角C;(Ⅱ)若a-b
- 6电风扇在使用一段时间后,风扇叶片上会有很多灰尘,这是因为风扇的叶片在转动过程中与空气摩擦带上了______,可以____
- 7让足球和铅球都静止在地面上,足球轻轻一踢就能运动起来,但要使铅球运动起来却不那么容易,请你分析以上情景,提出一个你认为应
- 8下图为“四个国家1960年和2011年人口数量状况分布示意图”。读图回答各题。小题1:有关四个国家人口增长特点的叙述,正
- 9以下叙述中,不正确的是[ ]A.催化剂在化学反应中能改变化学反应速率B.水电解的反应是一个分解反应C.aL水和b
- 10(1)108÷(105÷102)(2)-(23x2y3z)2(3)(x-y)9÷(y-x)2÷(y-x)4(4)(x3)