Question

4．图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场．现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向．所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；?为电流表；S为开关．此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线．
（1）在图中画线连接成实验电路图．
（2）完成下列主要实验步骤中的填空：
①按图接线．
②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m₁．
③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态；然后读出读出电流表的示数I，并用天平称出此时细沙的质量${m}_{2}^{\;}$．
④用米尺测量D的底边长度l．
（3）用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B=$\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{{I}_{1}^{\;}}$．
（4）判定磁感应强度方向的方法是：若${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里．

Answer 1

分析 （1）用滑动变阻器的限流式接法即可；
（2）③金属框平衡时测量才有意义，读出电阻箱电阻并用天平测量细沙质量；
④安培力与电流长度有关，安培力合力等于金属框下边受的安培力；
（3）根据平衡条件分两次列式即可求解；
（4）根据左手定则判断即可；

解答 解：（1）如图所示
（2）③重新处于平衡状态；读出电流表的示数I；此时细沙的质量$；{m}_{2}^{\;}$${m}_{2}^{\;}$；④D的底边长度l
（3）根据平衡条件，有：$|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g=BIL$
解得：$B=\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{IL}$
（4）${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$
故答案为：（1）如图所示
（2）③重新处于平衡状态；读出电流表的示数I；此时细沙的质量$；{m}_{2}^{\;}$${m}_{2}^{\;}$；④D的底边长度l
（3）$\frac{|{m}_{2}^{\;}-{m}_{1}^{\;}|g}{IL}$
（4）${m}_{2}^{\;}＞{m}_{1}^{\;}$

点评 本题关键是对D型线框受力分析，根据平衡条件求磁感应强度，金属框平衡时测量才有意义，读出电阻箱电阻并用天平测量细沙质量，安培力与电流及长度有关，安培力合力等于金属框架下边所受的安培力．