题目
一个可以自由运动的线圈L_(1)和一个固定的线圈L_(2)互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合.当两线圈通以如图所示的电流时,从左向右看,则线圈L_(1)将( )L 1-|||-1-|||-一------、-|||-I22 L 2A:不动B:顺时针转动C:逆时针转动D:向纸面内平动
一个可以自由运动的线圈$L_{1}$和一个固定的线圈$L_{2}$互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合.当两线圈通以如图所示的电流时,从左向右看,则线圈$L_{1}$将( )
- 不动
- 顺时针转动
- 逆时针转动
- 向纸面内平动
题目解答
答案
B
解析
考查要点:本题主要考查通电线圈在磁场中的受力与转动方向判断,涉及磁场对电流的作用、安培力矩的计算,以及右手螺旋定则的应用。
解题核心思路:
- 确定磁场方向:利用右手螺旋定则判断线圈$L_2$产生的磁场方向。
- 分析受力矩:线圈$L_1$在$L_2$的磁场中,其磁矩与磁场方向不共线时会受到力矩作用,导致转动。
- 判断转动方向:根据力矩方向,结合视角(从左向右看),确定$L_1$的旋转方向。
破题关键点:
- 磁场方向:线圈$L_2$的磁场在$L_1$所在处方向为垂直纸面向外。
- 磁矩方向:线圈$L_1$的磁矩方向由电流方向决定,初始与$L_2$的磁场方向垂直。
- 力矩方向:线圈$L_1$受力矩作用,使其磁矩逐渐与外磁场方向一致,从而判断转动方向。
步骤1:确定线圈$L_2$的磁场方向
根据右手螺旋定则,若线圈$L_2$中的电流$I_2$方向为顺时针(从上向下看),则其磁矩方向为垂直纸面向外,即$L_2$在$L_1$所在处产生的磁场方向也为垂直纸面向外。
步骤2:分析线圈$L_1$的磁矩方向
线圈$L_1$的电流$I_1$方向为逆时针(从左向右看),根据右手螺旋定则,其磁矩方向为水平向右。
步骤3:判断受力矩方向
线圈$L_1$的磁矩$\mu_1$与$L_2$的磁场$B$方向垂直,此时线圈$L_1$受力矩$\tau = \mu_1 \times B$。
- 力矩方向:由右手法则,四指从$\mu_1$(向右)弯曲到$B$(向外),拇指指向为垂直纸面向上,说明线圈$L_1$将绕竖直轴顺时针转动(从左向右看)。
步骤4:验证平衡状态
当$L_1$顺时针转动90°后,其磁矩方向变为垂直纸面向外,与$L_2$的磁场方向一致,此时力矩消失,系统达到平衡。