1.利用安培力公式F=BIL测量磁感应强度B
例1:如图1所示,可用天平测量磁感应强度。天平的右臂上悬挂一个宽度为l、共匝数为N的矩形线圈。线圈下端悬浮在均匀磁场中,磁场方向垂直于纸面。当有电流I(方向如图所示)流过线圈时,天平左右两边加的质量分别为
当线圈中的电流反向时,天平就达到平衡,当在右边加上重物m,天平又达到平衡。
图 1
A.磁感应强度方向垂直于纸面,向内,其大小为
;
B.磁感应强度方向垂直于纸面,向内,其大小为
;
C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外,其大小为
;
D.磁感应强度的方向垂直于纸面,向外,其大小为
。
分析:因为电流反转后右边需要加上重量,可知电流反转后,通电线圈受到向上的安培力,根据左手定则,磁场方向垂直于直线,朝向内侧,安培力:
,电流反转前,平衡条件为:
,电流反转后:
,结合以上类型:
,正确答案是B。
2.利用动能电动势公式E=BLv测量磁感应强度B
例2:为了控制海洋中水的运动,海洋工作者有时依靠水流经地磁场产生的感应动量和水的流速来测量地磁场磁感应强度向下的分量B。甲、乙、丙、丁到海边某处测量地磁场磁感应强度向下的分量B。设该处水流方向为从北向南,流速为v,下列哪种测量方法可行?()
A.将两个电极沿水平面的水流方向插入水流中,测得两电极间的距离L和接在两电极上用于测量电位差的敏感仪表的读数U,则
;
B.将两个电极以垂直于水流方向的水平面插入水流中,测量两电极间的距离L和接在两电极上用于测量电位差的敏感仪表的读数U,然后
;
C.将两个电极插入垂直于海平面的水流中,测量两电极间的距离L和连接在两电极上用于测量电位差的敏感仪表的读数U,然后
;
d.将两个电极在水平面上任意方向插入水流中,测量两电极间的距离L和连接在两电极上用于测量电位差的敏感仪表的读数U,则
。
分析:由于需要测量地磁场向下的分量B,而水流方向是南北向的,所以相当于东西方向的导体切割磁通线。
,所以导体应垂直于水流方向,即把电极沿东西方向插入水中,测量两电极间的距离L和电压U,可得
,正确答案是B。
3.利用产生感应电动势时的电路量与磁感应强度的关系,测量磁感应强度B
例3:物理实验中,常用一种叫“冲击电流计”的仪器来测量通过电路的电荷量。如图2所示,检测线圈与冲击电流计串联后,即可用来测量磁场的磁感应强度。线圈的匝数为n磁感应强度公式,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R。将线圈置于待测均匀磁场中,开始时,线圈平面垂直于磁场,现将检测线圈旋转180°,用冲击电流计测得通过线圈的电荷量为q。由以上数据可知,被测磁场的磁感应强度可测为()
图 2
一个。
B.
C.
D.
分析:当线圈翻转180°时,线圈内的磁通量发生变化
=2BS,线圈产生的平均感应电动势E=
,线圈中的平均感应电流
,通过线圈的电量
,由以上公式可得:
,所以正确答案是C。
4.利用霍尔效应测量磁感应强度B
例4:磁强计是利用霍尔效应测量磁感应强度的仪器磁感应强度公式,其原理如图3所示。一导体高l、厚d,接在a、b、c、d四个电极上。将导体如图所示置于均匀磁场中,当a、b间流过电流I时网校头条,在c、d电极上接一只高灵敏度的电压表,测得两电极间的电位差为U,求该磁场的磁感应强度B是多少?
图 3
分析:当c、d两极间的电位差为常数U时,设c、d两极间的电场强度为E,则U=El,因为此时电场力作用于导体中的自由电荷,被洛伦兹力所平衡,因此
,v 为自由电荷的定向运动速度。所以
如果导体中每单位体积的自由电荷数为n,则电流I = nqSv,并且
,所以
, 所以
从上面的公式我们可以知道
也就是说,只要先在已知磁场中校准该装置,就可以通过测量U来确定磁感应强度B的大小。
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