Question

13．圖中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強磁場，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；A為電流表；S為開關(guān)．此外還有細沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線．
（1）實驗電路圖如圖，完成下列實驗步驟
①按圖接線．
②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細沙質(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)重新加入適量細沙，使D重新處于平衡狀態(tài)；然后讀出電流表的示數(shù)I，并用天平稱出　此時細沙的質(zhì)量m₂．
④用米尺測量D的底邊長度L．
（2）用測得的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強度的大小，可以得出B=$\frac{|{m}_{2}-{m}_{1}|g}{I•l}$．
（3）判斷磁感應(yīng)強度方向的方法是：若m₂＞m₁，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外；反之，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里．

Answer 1

分析 （2）安培力與電流長度有關(guān)，安培力合力等于金屬框架下邊受的安培力；根據(jù)平衡條件分兩次列式即可求解；
（3）根據(jù)左手定則判斷即可．

解答 解：（2）安培力與電流長度有關(guān)，安培力合力等于金屬框架下邊受的安培力根據(jù)平衡條件，有
|m₂-m₁|g=BIL
解得$B=\frac{|{m}_{2}-{m}_{1}|g}{I•l}$
（3）若m₂＞m₁，則D受到的向上的拉力大于重力，所以安培力的方向向下，根據(jù)左手定則可知磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外；
若m₂＜m₁，則D受到的向上的拉力小于重力，所以安培力的方向向上，根據(jù)左手定則可知磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里．
故答案為：（2）$B=\frac{|{m}_{2}-{m}_{1}|g}{I•l}$；（3）向外，向里

點評 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)強度，不難．