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高中 | 安培力的常见力学问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.4 通电导线在磁场中受到的力
安培力的常见力学问题
将一通电螺线管竖直放置,通以如图所示电流,使得螺线管内部形成竖直方向的匀强磁场,磁感应强度大小$B=kt$($k$为大于$0$的常数)。将一横截面为圆形,直径为$d$的金属丝,弯成半径为$r$的金属圆环($d$远小于$r$)。现将该金属圆环用绝缘细线,水平悬挂在通电螺线管内中央位置。
从上向下看,金属圆环中的感应电流为 方向;
根据安培定则可知通电螺线管内部的磁场方向向上,且大小逐渐增大,则穿过金属圆环的磁通量向上逐渐增大,根据楞次定律可知,从上向下看,金属圆环中的感应电流为顺时针方向;
轻绳对金属圆环的拉力$(\qquad)$
随时间减小
","随时间增大
","不随时间变化
"]由于电螺线管内部的磁场方向竖直向上,则金属圆环受到的安培力处于水平方向,竖直方向根据平衡条件可得$3T\cos \theta=mg$
可知轻绳对金属圆环的拉力恒定不变,不随时间变化;
故选:$\rm C$;
金属圆环的感应电动势大小$E=$ ;
由于螺线管内部形成竖直方向的匀强磁场,磁感应强度大小$B=kt$,根据法拉第电磁感应可知,金属圆环的感应电动势大小为$E=\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=\dfrac{\Delta B}{\Delta t}S=k\pi r^{2}$
若该金属丝电阻率为$\rho$,则金属圆环的热功率大小$P=$ 。
若该金属丝电阻率为$\rho$,则金属圆环的电阻为$R=\rho\dfrac{2\pi r}{S}=\rho\dfrac{2\pi r}{\pi{\left(\dfrac{d}{2}\right)}^{2}}=\dfrac{8\rho r}{d^{2}}$
则金属圆环的热功率大小为$P=\dfrac{E^{2}}{R}=\dfrac{k^{2}\pi^{2}r^{3}d^{2}}{8\rho}$;
如图所示,金属圆环质量为$m$,用三根等长、不可伸长的绝缘细线悬挂在天花板同一点上。三根细线在圆环上等间隔悬挂。已知每条细线的长度均为$l$,且圆环保持水平静止。求每根细线中的拉力。
$\\dfrac{mgl}{3\\sqrt{l^{2}- r^{2}}}$
"]]设细线与竖直方向的夹角为$\theta$,则有$\cos\theta=\dfrac{\sqrt{l^{2}- r^{2}}}{l}$
竖直方向根据平衡条件可得$3T\cos \theta=mg$
联立解得每根细线中的拉力为$T=\dfrac{mgl}{3\sqrt{l^{2}-r^{2}}}$。
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