Question

11．（1）小明同学在探究通电直导线受到的安培力F和电流强度I的关系的过程中，设计了如图1所示的实验装置．将匝数为N、底边长度为L₁的线圈与电流表、电源和滑动变阻器及开关组成一闭合回路，把线圈用轻细绳挂在力传感器的下端，使线圈处在由磁铁产生的磁场中，保持线框底边与磁场方向垂直，磁铁磁极与线框平面平行方向的宽度为L₂，且L₁＞L₂．接通电路，适当调节滑动变阻器，当电流表的示数为I时，观察并记录力传感器此时的读数F．经多次重复上述操作，可测出在滑动变阻器接入电路的不同阻值下所对应的多组I和F的数据，用描点法画出F-I图象如图2所示，其中的F₀、F₁和I₁均为已知量．由图象可以判定线框所受安培力方向竖直向下（ 选填“竖直向上”或者“竖直向下”）；通过线框底边电流方向指向纸外（ 选填“指向纸内”或者“指向纸外”）；线框所受重力的大小为F₀；若认为两磁极间的磁场为匀强磁场，且在两磁极之间正对位置以外区域的磁场可忽略不计，则此匀强磁场的磁感应强度为$\frac{{F}_{1}-{F}_{0}}{N{I}_{1}{L}_{2}}$．

（2）如果小刚同学也用了同样的方法进行实验，只是所使用的器材不完全相同．他将据所测数据画出的F-I图象与小明的图象进行对比，发现在同一坐标系下两图线并不重合，如图3所示，小刚的图象的纵轴截距为F₀′，两图线在A点相交，图中的F₀、F₀′、F₁和I₁均为已知量．对两人的实验器材进行比较，根据图象可知A．（选填选项前面的字母）
A．所使用线圈的质量一定不同
B．所使用的磁铁一定不同
C．所使用电源的电动势一定不同
D．所使用线圈的匝数一定不同．

Answer 1

分析 （1）根据共点力的平衡分析出导线框的重力与安培力的大小，然后由磁感应强度的定义式即可求出磁感应强度．
（2）根据图象的特点判断出线框的重力不同，其它不能判断

解答 解：（1）随电流的增大，根据F=BIL可知，通电线框产生的安培力增大，绳子上的拉力增大，对线框分析可知，安培力竖直向下，根据左手定则可知指向纸外
由图2可知，当电流为零时，线框内的安培力为零，此时绳子的拉力为线框的重力，故为F₀，当电流为I₁时，对线框受力分析可知，F₀+NBI₁L₂=F₁，解得B=$\frac{{F}_{1}-{F}_{0}}{N{I}_{1}{L}_{2}}$
（2）由图象可知当电流为零时，绳子的拉力等于线框的重力，重力不同，而其它条件无法判断，故A正确，BCD错误；
故答案为：（1）竖直向下；指向纸外；F₀；$\frac{{F}_{1}-{F}_{0}}{N{I}_{1}{L}_{2}}$
（2）A．

点评 解决本题的关键掌握安培力的大小公式，掌握左手定则判断安培力的方向，基础题．