高中 | 受力分析 题目答案及解析

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必修1

第三章 相互作用

3.5 力的分解

受力分析

如图,用两根不可伸长的绝缘细绳将半径为$r$的半圆形铜环竖直悬挂在匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为$B$,方向垂直纸面向外,铜环两端$a$$b$处于同一水平线。若环中通有大小为$I$、方向从$a$$b$的电流,细绳处于绷直状态,则$(\qquad)$

["

两根细绳拉力均比未通电流时的大

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两根细绳拉力均比未通电流时的小

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铜环所受安培力大小为$2rBI$

","

铜环所受安培力大小为$\\pi rIB$

"]
[["AC"]]

方法一:微元法

$\rm AB$.如图,取通电半圆形铜环的一小段$\Delta l$,可将其视为直导线,根据左手定则可知,改小段导线受到的安培力方向如图所示,其大小$\Delta F=BI\Delta l$

根据对称性苛刻的,如图所示,对称的两小段所受的安培力在水平方向的分力大小相等,方向相反,相互抵消,则通电后半圆形铜环受到的安培力竖直向下,根据受力分析可知,通电后两绳拉力变大,故$\rm A$正确,$\rm B$错误;

$\rm CD$.对每小段导线所受安培力在竖直方向的分力求和,可得$F=∑F_{y}=∑BI\Delta l\sin \theta=2rIB$

$\rm C$正确,$\rm D$错误;

故选:$\rm AC$

方法二:等效法

通电半圆形铜环可等效为等效长度为直径$ab$,电流方向$a → b$,根据左手定则可知半圆形铜环受到的安培力方向竖直向下,大小$F=BI \times 2r=2rIB$

根据受力分析可得,通电后,绳子拉力$T=mg+F=mg+2rIB \gt mg$

两根细绳拉力均比未通电流时的大。

故选:$\rm AC$

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