题目

(1)小明同学在探究通电直导线受到的安培力F和电流强度I的关系的过程中,设-|||-计了如图1所示的实验装置,将匝数为N,底边长度为L1的线圈与电流表、电源和滑动变阻-|||-器及开关组成一闭合回路,把线圈用轻细绳挂在力传感器的下端,使线圈处在由磁铁产生的-|||-磁场中,保持线框底边与磁场方向垂直,磁铁磁极与线框平面平行方向的宽度为L2,且 _(1)gt 0-|||-2。接通电路,适当调节滑动变阻器,当电流表的示数为I时,观察并记录力传感器此时的-|||-示数F。经多次重复上述操作,可测出在滑动变阻器接入电路的不同阻值下所对应的多组I-|||-和F的数据,用描点法画出 -1 图象如图2所示,其中的F0、F1和I1均为已知量,由图象-|||-可以判定线框所受安培力方向 __ 填"竖直向上"或"竖直向下");通过线框底边电流-|||-方向 __ 填"指向纸内"或"指向纸外");线框所受重力的大小为 __ 若认为两磁-|||-极间的磁场为匀强磁场,且在两磁极之间正对位置以外区域的磁场可忽略不计,则此匀强磁-|||-场的磁感应强度为 __-|||-至计算机-|||-↑F ↑F-|||-o-|||-11 】 A-|||-Ⅲ 支 0-|||-0-|||-N o-|||-o I1 I I1 I-|||-图1 图2 图3-|||-(2)如果小刚同学也用了同样的方法进行实验,只是所使用的器材不完全相同,他将据所测-|||-数据画出的 :-1 图象与小明的图象进行对比,发现在同一坐标系下两图线并不重合,如图-|||-3所示,小刚的图象的纵轴截距为F0`,两图线在A点相交,图中的F0、F0`、F1和I均均为已-|||-知量,对两人的实验器材进行比较,根据图象可知 __ 填正确答案前标号)。-|||-A.所使用线圈的质量一定不同-|||-B.所使用的磁铁一定不同-|||-C.所使用电源的电动势一定不同-|||-D.所使用线圈的匝数一定不同

题目解答

答案

解析

考查要点：本题主要考查通电线圈在磁场中的受力分析、左手定则的应用、磁感应强度的计算，以及通过实验图象分析物理量之间的关系。

解题核心思路：

  1. 安培力方向：通过分析力传感器的示数变化与电流的关系，结合受力平衡判断安培力方向。
  2. 电流方向：利用左手定则，结合安培力方向确定电流方向。
  3. 重力与磁感应强度：通过图象截距确定重力，结合受力平衡公式推导磁感应强度。
  4. 实验对比：通过图象截距差异分析实验器材的差异。

破题关键点：

  • 图象截距：当电流为零时，力传感器的示数对应线圈的重力。
  • 受力平衡：拉力、重力、安培力三者关系的动态平衡。
  • 左手定则：安培力方向与电流方向、磁场方向的判定。

第（1）题

安培力方向

当电流增大时，力传感器的示数$F$增大。若安培力方向向上，则拉力$F$应减小，与图象矛盾；因此安培力方向竖直向下。

电流方向

根据左手定则，安培力向下时，底边电流方向指向纸外（假设磁场方向垂直于线圈底边向外）。

线圈重力

当电流$I=0$时，安培力为零，此时$F=F_0$，故线圈重力为$F_0$。

磁感应强度

当电流为$I_1$时，拉力$F_1 = F_0 + NBI_1L_2$，解得：
$B = \frac{F_1 - F_0}{N I_1 L_2}$

第（2）题

  • 图象截距差异：小明和小刚的图象在$I=0$时截距不同，说明两线圈的重力不同，即质量不同。
  • 其他选项排除：截距差异无法直接说明磁铁、电源电动势或线圈匝数不同，因此A正确。