高中 | 安培力的常见力学问题 题目答案及解析

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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

如图所示,正六边形线框$ABCDEF$的六条边和对角线$AD$均用完全相同材质和粗细的金属棒,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点$A$$D$与直流电源两端相接,已如导体棒$BC$受到的安培力大小为$F$,则线框$ABCDEF$受到的安培力的大小为$(\qquad)$

["

$3F$

","

$5F$

","

$7F$

","

$8F$

"]
[["C"]]

设导体棒$BC$的电阻为$R$,长度为$L$,通过导体棒$BC$的电流为$I$,导体棒$BC$受到的安培力大小为$F=IBL$

由左手定则可知安培力垂直$BC$向上,导体棒$ABCD$等效长度为${{L}_{1}}=2L\cos {{60}^\circ }+L=2L$

导体棒$ABCD$受到的安培力大小为${{F}_{1}}=IB{{L}_{1}}=2BIL=2F$

由左手定则可知安培力垂直$BC$向上,通过导体棒$AD$的电流为${I}'=\dfrac{I\cdot 3R}{2R}=\dfrac{3}{2}I$

导体棒$AD$受到的安培力大小为${{F}_{2}}={I}'B\cdot 2L=3BIL=3F$

由左手定则可知安培力垂直$BC$向上,根据对称性可知,通过导体棒$AFED$的电流为$I$,导体棒$AFED$等效长度为${{L}_{3}}=2L\cos {{60}^\circ }+L=2L$

导体棒$AFED$受到的安培力大小为${{F}_{3}}=IB{{L}_{3}}=2BIL=2F$

由左手定则可知安培力垂直$BC$向上,线框$ABCDEF$受到的安培力的大小为${F}'={{F}_{1}}+{{F}_{2}}+{{F}_{3}}=7F$

故选:$\rm C$

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