Question

4．圖中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場．現(xiàn)通過測量通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力，來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、并判定其方向．所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內(nèi)的U形金屬框，其底邊水平，兩側(cè)邊豎直且等長；E為直流電源；R為電阻箱；?為電流表；S為開關(guān)．此外還有細(xì)沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線．
（1）在圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖．
（2）完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：
①按圖接線．
②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細(xì)沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細(xì)沙質(zhì)量m₁．
③閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R的值使電流大小適當(dāng)，在托盤內(nèi)重新加入適量細(xì)沙，使D重新處于平衡狀態(tài)；然后讀出讀出電流表的示數(shù)I，并用天平稱出此時(shí)細(xì)沙的質(zhì)量${m}_{2}^{\;}$．
④用米尺測量D的底邊長度l．
（3）用測得的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可以得出B=$\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{{I}_{1}^{\;}}$．
（4）判定磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的方法是：若${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外；反之，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里．

Answer 1

分析 （1）用滑動(dòng)變阻器的限流式接法即可；
（2）③金屬框平衡時(shí)測量才有意義，讀出電阻箱電阻并用天平測量細(xì)沙質(zhì)量；
④安培力與電流長度有關(guān)，安培力合力等于金屬框下邊受的安培力；
（3）根據(jù)平衡條件分兩次列式即可求解；
（4）根據(jù)左手定則判斷即可；

解答 解：（1）如圖所示
（2）③重新處于平衡狀態(tài)；讀出電流表的示數(shù)I；此時(shí)細(xì)沙的質(zhì)量$；{m}_{2}^{\;}$${m}_{2}^{\;}$；④D的底邊長度l
（3）根據(jù)平衡條件，有：$|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g=BIL$
解得：$B=\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{IL}$
（4）${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$
故答案為：（1）如圖所示
（2）③重新處于平衡狀態(tài)；讀出電流表的示數(shù)I；此時(shí)細(xì)沙的質(zhì)量$；{m}_{2}^{\;}$${m}_{2}^{\;}$；④D的底邊長度l
（3）$\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{IL}$
（4）${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$

點(diǎn)評 本題關(guān)鍵是對D型線框受力分析，根據(jù)平衡條件求磁感應(yīng)強(qiáng)度，金屬框平衡時(shí)測量才有意義，讀出電阻箱電阻并用天平測量細(xì)沙質(zhì)量，安培力與電流及長度有關(guān)，安培力合力等于金屬框架下邊所受的安培力．