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1.如图,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是( )
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反 C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同 D.a、c两点处磁感应强度的方向不同
解析 由安培定则可知,两导线在O点产生的磁场均竖直向下,合磁感应强度一定不为零,选项A错;由安培定则,两导线在a、b两处产生磁场方向均竖直向下,由于对称性,电流
M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度,同时电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度,所以a、b两处磁感应强度大小相等方向相同,选项B错;根据安培定则,两导线在c、d两处产生的磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下,且
产生的磁场的磁感应强度相等,由平行四边形定则可知,c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同,选项C正确;a、c两处磁感应强度的方向均竖直向下,选项D错。 答案 C
2.(多选)3条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线搭成一等边三角形。在导线中通过的电流均为I,电流方向如图所示。a、b和c三点分别位于三角形的3个顶角的平分线上,且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3。下列说法正确的是( )
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A.B1=B2<B3 B.B1=B2=B3
C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外,c处磁场方向垂直于纸面向里 D.a处磁场方向垂直于纸面向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里
解析 本题要明确3条导线中的电流在a、b、c三点各自产生的磁场的分布情况,要充分利用对称性进行矢量合成。对于a点,由右手螺旋定则可知,两倾斜导线在此处产生的磁感应强度大小相等、方向相反,水平导线在此点产生的磁场方向向外;对于b点,斜向右上方的导线与水平导线在此点产生的磁感应强度大小相等、方向相反,斜向左上方的导线在此点产生的磁场方向向外;对于c点,水平导线在此点产生的磁场方向向里,斜向左上方和斜向右上方的导线在此点产生的磁场方向也向里,则c点合磁场方向向里,且有B3>B1=
B2。综上可知A、C项正确。
答案 AC
微考点 2 与安培力有关的力学问题
核|心|微|讲
1.与安培力有关的力学问题与其他力学问题一样,受力分析是关键。利用左手定则正确分析安培力的方向,用安培力公式正确求解其大小,根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解。 2.将三维图转换为二维平面图,即通过画俯视图、剖面图、侧视图等,将立体图转换为平面受力图。
典|例|微|探
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【例2】 质量为m=0.02 kg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=0.2 m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2 T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。(g取10 m/s2)
【解题导思】
(1)ab杆受到的最大静摩擦力沿斜面向上时,通过ab杆的电流是有最大值还是最小值? 答:最小值。
(2)ab杆受到的最大静摩擦力沿斜面向下时,通过ab杆的电流是有最大值还是最小值? 答:最大值。
解析 杆ab中的电流从a到b,所受的安培力方向平行于导轨向上。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,由平衡条件列方程求解。 根据图甲受力图列式如下:
F1-mgsinθ-f1=0,N-mgcosθ=0, f1=μN,F1=BImaxd。
解上述方程得Imax=0.46 A。
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根据乙受力图列式如下:
F2+f2-mgsinθ=0,N-mgcosθ=0, f2=μN,F2=BImind。
解上述方程得Imin=0.14 A。 故通过ab杆的电流范围是 0.14 A≤I≤0.46 A。 答案 0.14 A≤I≤0.46 A
题|组|微|练
3.质量为m、长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上,整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,直导体棒中通有恒定电流,平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60°角,其截面图如图所示。则下列关于导体棒中的电流的分析正确的是( )
A.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为
3mg
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