题目
如图,一根载流导线被弯成半径为R的1/4圆弧,放入磁感应强度为vec(B)的均匀磁场中,则导线受到的安培力为:A. BIR,竖直向下B. BIR,竖直向上C. sqrt(2)BIR,竖直向下D. sqrt(2)BIR,竖直向上
如图,一根载流导线被弯成半径为$R$的1/4圆弧,放入磁感应强度为$\vec{B}$的均匀磁场中,则导线受到的安培力为:
A. $BIR$,竖直向下
B. $BIR$,竖直向上
C. $\sqrt{2}BIR$,竖直向下
D. $\sqrt{2}BIR$,竖直向上
题目解答
答案
D. $\sqrt{2}BIR$,竖直向上
解析
考查要点:本题主要考查弯曲导线在均匀磁场中所受安培力的计算,涉及有效长度的确定和矢量叉积的方向判断。
解题核心思路:
- 等效直线长度法:对于弯曲导线,在均匀磁场中,安培力可等效为电流通过导线两端点的直线长度所受的力。
- 矢量方向判断:利用右手定则确定安培力方向,需结合电流方向与磁场方向的空间关系。
破题关键点:
- 确定有效长度:1/4圆弧导线的两端点连线长度为$\sqrt{2}R$。
- 磁场方向隐含条件:根据选项方向推断磁场为水平方向(如水平向左),从而通过矢量叉积确定安培力竖直向上。
步骤1:确定导线的有效长度
导线被弯成半径为$R$的1/4圆弧,其两端点间的直线距离为:
$L = \sqrt{R^2 + R^2} = \sqrt{2}R$
步骤2:计算安培力的大小
安培力公式为:
$F = I \cdot B \cdot L$
代入有效长度$L = \sqrt{2}R$,得:
$F = I \cdot B \cdot \sqrt{2}R = \sqrt{2}BIR$
步骤3:判断安培力的方向
假设磁场方向为水平向左,电流方向沿圆弧从左下到右上。根据右手定则:
- 四指弯曲方向从电流方向转向磁场方向(水平左)。
- 拇指指向垂直于电流与磁场的方向,即竖直向上。