1.利用安培力公式F=BIL測量磁感應強度B
例1:如圖1所示,可用天平測量磁感應強度。天平的右臂上懸掛一個寬度為l、共匝數為N的矩形線圈。線圈下端懸浮在均勻磁場中,磁場方向垂直于紙面。當有電流I(方向如圖所示)流過線圈時,天平左右兩邊加的質量分別為
當線圈中的電流反向時,天平就達到平衡,當在右邊加上重物m,天平又達到平衡。
圖 1
A.磁感應強度方向垂直于紙面,向內,其大小為
;
B.磁感應強度方向垂直于紙面,向內,其大小為
;
C.磁感應強度的方向垂直于紙面向外,其大小為
;
D.磁感應強度的方向垂直于紙面,向外,其大小為
。
分析:因為電流反轉后右邊需要加上重量,可知電流反轉后,通電線圈受到向上的安培力,根據左手定則,磁場方向垂直于直線,朝向內側,安培力:
,電流反轉前,平衡條件為:
,電流反轉后:
,結合以上類型:
,正確答案是B。
2.利用動能電動勢公式E=BLv測量磁感應強度B
例2:為了控制海洋中水的運動,海洋工作者有時依靠水流經地磁場產生的感應動量和水的流速來測量地磁場磁感應強度向下的分量B。甲、乙、丙、丁到海邊某處測量地磁場磁感應強度向下的分量B。設該處水流方向為從北向南,流速為v,下列哪種測量方法可行?()
A.將兩個電極沿水平面的水流方向插入水流中,測得兩電極間的距離L和接在兩電極上用于測量電位差的敏感儀表的讀數U,則
;
B.將兩個電極以垂直于水流方向的水平面插入水流中,測量兩電極間的距離L和接在兩電極上用于測量電位差的敏感儀表的讀數U,然后
;
C.將兩個電極插入垂直于海平面的水流中,測量兩電極間的距離L和連接在兩電極上用于測量電位差的敏感儀表的讀數U,然后
;
d.將兩個電極在水平面上任意方向插入水流中,測量兩電極間的距離L和連接在兩電極上用于測量電位差的敏感儀表的讀數U,則
。
分析:由于需要測量地磁場向下的分量B,而水流方向是南北向的,所以相當于東西方向的導體切割磁通線。
,所以導體應垂直于水流方向,即把電極沿東西方向插入水中,測量兩電極間的距離L和電壓U,可得
,正確答案是B。
3.利用產生感應電動勢時的電路量與磁感應強度的關系,測量磁感應強度B
例3:物理實驗中,常用一種叫“沖擊電流計”的儀器來測量通過電路的電荷量。如圖2所示,檢測線圈與沖擊電流計串聯后,即可用來測量磁場的磁感應強度。線圈的匝數為n磁感應強度公式,面積為S,線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R。將線圈置于待測均勻磁場中,開始時,線圈平面垂直于磁場,現將檢測線圈旋轉180°,用沖擊電流計測得通過線圈的電荷量為q。由以上數據可知,被測磁場的磁感應強度可測為()
圖 2
一個。
B.
C.
D.
分析:當線圈翻轉180°時,線圈內的磁通量發生變化
=2BS,線圈產生的平均感應電動勢E=
,線圈中的平均感應電流
,通過線圈的電量
,由以上公式可得:
,所以正確答案是C。
4.利用霍爾效應測量磁感應強度B
例4:磁強計是利用霍爾效應測量磁感應強度的儀器磁感應強度公式,其原理如圖3所示。一導體高l、厚d,接在a、b、c、d四個電極上。將導體如圖所示置于均勻磁場中,當a、b間流過電流I時網校頭條,在c、d電極上接一只高靈敏度的電壓表,測得兩電極間的電位差為U,求該磁場的磁感應強度B是多少?
圖 3
分析:當c、d兩極間的電位差為常數U時,設c、d兩極間的電場強度為E,則U=El,因為此時電場力作用于導體中的自由電荷,被洛倫茲力所平衡,因此
,v 為自由電荷的定向運動速度。所以
如果導體中每單位體積的自由電荷數為n,則電流I = nqSv,并且
,所以
, 所以
從上面的公式我們可以知道
也就是說,只要先在已知磁場中校準該裝置,就可以通過測量U來確定磁感應強度B的大小。
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