ANSYS第十讲_Explicit中的准静态分析.

8.1磁场及磁场对电流的作用1．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是()．A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向B．磁感线是磁场中客观存在的线C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止D．实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线解析磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线由N极到S极，但内部是由S极到N极．故只有A正确．答案A2．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()．A．根据磁感应强度定义B＝FIL，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与I成反比B．磁感应强度B是标量，没有方向C．磁感应强度B是矢量，方向与F的方向相反D．在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应强度B可能不同，磁感线密的地方磁感应强度B大些，磁感线疏的地方磁感应强度B小些解析磁感应强度是磁场本身的性质，与放入磁场中的导体中的电流，或受力大小F无关，A错误；磁感应强度B是矢量，其方向与F总是垂直的，电流方向与F也总是垂直的，B、C错误；在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，由磁场本身的物理量决定，与其他外来的一切因素无关，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，D正确．答案D3．彼此绝缘、相互垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，下图中穿过线圈的磁通量可能为零的是()．解析由安培定则可以判断，A中I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，I2在线圈位置产生的磁场方向向外，穿过线圈的磁通量可能为零，同理可以判断B中，I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向外，I2在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，穿过线圈的磁通量可能为零，A、B正确；C中I1、I2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向里，D中I1，I2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向外，C、D中穿过线圈的磁通量不可能为零．答案AB4．用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图8-1所示．当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有()．图8-1A．两导线环相互吸引B．两导线环相互排斥C．两导线环无相互作用力D．两导线环先吸引后排斥解析通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用．由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故A正确．另解：将环形电流等效成条形磁铁，异名磁极相吸，故A正确．(转换思维法)答案A5．如图8-2所示，在XOY平面中有一通电直导线与OX、OY轴相交，导线中电流方向如图所示，该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与OZ轴的正方向相同，该磁场的磁感应强度的方向可能是()．图8-2A．沿X轴负方向B．沿Y轴负方向C．沿Z轴正方向D．沿Z轴负方向答案AB6．在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是()．A．4×10－8NB．2.5×10－5NC．9×10－4ND．4×10－2N解析地磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小为4×10－2N.答案D7．如图8-3所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()．图8-3A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上解析先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上，故选D.答案D8．如图8-4所示，一弓形线圈通过逆时针方向的电流，在其圆弧的圆心处，垂直于纸面放置一直导线，当直导线通有指向纸内的电流时，线圈将()．图8-4A．a端向纸内，b端向纸外转动，且靠近导线B．a端向纸内，b端向纸外转动，且远离导线C．a端向纸外，b端向纸内转动，且靠近导线D．a端向纸外，b端向纸内转动，且远离导线解析先由等效法，把弓形线圈中的电流等效成一个小磁针，其N极垂直纸面向外，而直线电流的磁场方向在小磁针所在处方向为竖直向上，因此小磁针N极将转向磁场方向，即a端向内转动，b端向外转动；当线圈转过90°后，a、b中电流与直导线电流同向平行，而弧形部分电流与直导线电流反向平行，但前者离直导线较近，受到的引力较大，后者离直导线较远，受到的斥力较小，总的作用力为引力，故线圈向直导线靠近．根据以上分析，本题正确选项应为A.(等效思维法)答案A9．如图8-5所示，一段导线abcd弯成半径为R、圆心角为90°的部分扇形形状，置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab和cd的长度均为R2.流经导线的电流为I，方向如图8-5中箭头所示．则导线abcd所受到的安培力为()．图8-5A．方向沿纸面向上，大小为2BIR2B．方向沿纸面向上，大小为π－2BIR2C．方向沿纸面向下，大小为2BIR2D．方向沿纸面向下，大小为π－2BIR2解析导线abcd的等效长度为2R2，电流方向等效为水平向右，由左手定则可知安培力方向沿纸面向上，大小为2BIR2，A正确．(等效思维法)答案A10．如图8-6所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．当导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，下列关于B的大小变化的说法中，正确的是()．图8-6A．逐渐增大B．逐渐减小C．先减小后增大D．先增大后减小解析对通电导线受力分析，通电导线受重力、支持力和安培力作用，三力平衡，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，所受的安培力由沿斜面斜向上转到竖直向上，作出通电导线受力的动态变化图如图所示，由图可知，安培力逐渐增大，则B逐渐增大，A项正确．答案A11．如图8-7所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止．则()．图8-7A．磁场方向竖直向上B．磁场方向竖直向下C．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向上D．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向下解析本题考查物体的平衡及安培力方向的判断．受力分析如图所示，当磁场方向竖直向上时，由左手定则可知安培力水平向右，金属杆ab受力可以平衡，A正确；若磁场方向竖直向下，由左手定则可知安培力水平向左，则金属杆ab受力无法平衡，B、C、D错误．(转换思维法)答案A12．如图8-8所示，MN、PQ为水平放置的平行导轨，通电导体棒ab垂直放置在导轨上，已知导体棒质量m＝1kg，长l＝2.0m，通过的电流I＝5.0A，方向如图所示，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝33.若使导体棒水平向右匀速运动，要求轨道内所加与导体棒ab垂直的匀强磁场最小，则磁场的方向与轨道平面的夹角是(g＝10m/s2)()．图8-8A．30°B．45°C．60°D．90°解析对导体棒进行受力分析，如图所示，导体棒受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力、与运动方向相反的摩擦力，故要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，则设磁场方向与轨道平面成θ角向左斜向上，由左手定则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示，则BIlsinθ＝μFN①，FN＋BIlcosθ＝mg②，联立①、②式可得：B＝μsinθ＋μcosθ·mgIl＝1232sinθ＋12cosθ＝12sinθ＋30°，故θ＝60°时，磁感应强度最小．答案C13．如图8-9所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源．现把一个质量m＝0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：图8-9(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力．解析(1)根据闭合电路欧姆定律I＝ER0＋r＝1.5A.(2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30N.(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1＝mgsin37°＝0.24NF1＜F安，根据平衡条件mgsin37°＋Ff＝F安，解得：Ff＝0.06N.答案(1)1.5A(2)0.30N(3)0.06N