2020-2021學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 2 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力學(xué)案 教科版選修3-1

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 2 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用安培力學(xué)案 教科版選修3-12020-2021學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 2 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用安培力學(xué)案 教科版選修3-1年級(jí)：姓名：- 17 -磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用安培力必備知識(shí)自主學(xué)習(xí)學(xué)一、安培力處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線,如果放置的方式不同,其所受安培力的大小是否相同?提示:通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置的方式不同,其所受安培力的大小也不同。1.定義:磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的力。2.實(shí)驗(yàn)探究:探究方法控制變量法探究過(guò)程當(dāng)其他因素不變,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,導(dǎo)線中電流增大時(shí),安培力增大當(dāng)其他因素不變,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,磁場(chǎng)增

2、強(qiáng)時(shí),安培力增大當(dāng)其他因素不變,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,處在磁場(chǎng)中導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大時(shí),安培力增大當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí),導(dǎo)線不受安培力結(jié)論當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力的大小與導(dǎo)線長(zhǎng)度和電流大小都成正比3.大小:f=ilb。(1)其中b表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,由磁場(chǎng)決定。b的方向就是磁場(chǎng)的方向。(2)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直。4.安培力的方向:(1)左手定則:伸出左手,四指拼攏,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面內(nèi),讓磁感線垂直穿過(guò)手心,四指指向電流方向,則大拇指所指方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向。(2)方向特點(diǎn):安培力的方向既與電流方向垂直,又與磁場(chǎng)方向垂直,即安培力

3、方向垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向所確定的平面。二、電動(dòng)機(jī)安培力的重要應(yīng)用1.結(jié)構(gòu):由磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)線圈、滑環(huán)、電刷及電源組成。2.原理:線圈通電后受到安培力的作用,線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)起來(lái)。3.分類(lèi):分直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。4.應(yīng)用:電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、吸塵器等。關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)一安培力的方向1.安培力方向的特點(diǎn):無(wú)論何時(shí),安培力既垂直于電流,又垂直于磁場(chǎng),即fi,fb。(1)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí),安培力的方向、磁場(chǎng)方向和電流方向兩兩相互垂直。應(yīng)用左手定則判斷時(shí),磁感線從掌心垂直進(jìn)入,拇指、其余四指和磁感線三者兩兩垂直。(2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),安培力的方向仍垂直于電流方向,

4、也垂直于磁場(chǎng)方向。應(yīng)用左手定則判斷時(shí),拇指與四指、拇指與磁感線垂直,磁感線與四指不垂直。2.電流間的作用力:(1)直線電流之間:作用規(guī)律:同向電流相互吸引,反向電流相互排斥。原因分析:如圖甲所示,根據(jù)安培定則可知電流i1的磁場(chǎng)在i2處的方向垂直向里,再應(yīng)用左手定則可以判斷出i2受到的安培力方向向左,同理可以得出電流i1受力方向向右,所以兩同向電流相互吸引。(2)環(huán)形電流之間:兩平行的環(huán)形電流,若電流繞向相同(如圖乙所示電流),則相互吸引,若方向相反則相互排斥。通電螺線管可以看作很多平行的同向環(huán)形電流,所以各匝之間相互吸引。當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí),安培力的方向垂直于電流和磁場(chǎng)共同決定的平面。

5、但是當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),安培力的方向怎么確定呢?提示:當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),我們?nèi)匀豢梢杂米笫侄▌t來(lái)判定安培力的方向,將磁場(chǎng)的方向分解在垂直于電流的方向和平行于電流的方向,選擇垂直于電流方向的磁場(chǎng),運(yùn)用左手定則判斷安培力的方向。【典例】(2020綿陽(yáng)高二檢測(cè))如圖,a、b是相互平行且靠近放置的兩根固定通電長(zhǎng)直導(dǎo)線,導(dǎo)線中電流分別為i1、i2且方向相同,a、b導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力大小分別為f1、f2。下列判斷正確的是()a.a、b兩導(dǎo)線相互排斥b.若i1i2,則f1f2c.f2是電流i1產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)b導(dǎo)線的作用力d.f1是電流i1產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)a導(dǎo)線的作用力【解析】選c。根據(jù)右手定則

6、判斷通電直導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng),再根據(jù)左手定則判斷安培力的方向,可知兩根導(dǎo)線相互吸引,a錯(cuò)誤;f1、f2為相互作用力,始終等大、反向、共線,b錯(cuò)誤;f1是電流i2產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)a導(dǎo)線的作用力,f2是電流i1產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)b導(dǎo)線的作用力,c正確,d錯(cuò)誤。故選c。1.關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力f的方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向和電流i的方向之間的關(guān)系,下列說(shuō)法正確的是()a.f、b、i三者必須保持相互垂直b.f必須垂直b、i,但b、i可以不相互垂直c.b必須垂直f、i,但f、i可以不相互垂直d.i必須垂直f、b,但f、b可以不相互垂直【解析】選b。安培力f總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度b和電流i決定的平面垂直,但b與i(即導(dǎo)線)

7、可以垂直,也可以不垂直,通電導(dǎo)線受安培力時(shí),力f與磁場(chǎng)及力f與導(dǎo)線都是垂直的,故a、c、d均錯(cuò),b正確。2.教師在課堂上做了兩個(gè)小實(shí)驗(yàn),讓小明同學(xué)印象深刻。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)叫作“旋轉(zhuǎn)的液體”,在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極,沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極,把它們分別與電池的兩極相連,然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體,例如鹽水,如果把玻璃皿放在磁場(chǎng)中,液體就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái),如圖甲所示。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)叫作“振動(dòng)的彈簧”,把一根柔軟的彈簧懸掛起來(lái),使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸,通電后,發(fā)現(xiàn)彈簧不斷上下振動(dòng),如圖乙所示。下列關(guān)于這兩個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是()a.圖甲中,如果改變磁場(chǎng)的方向,液體的旋轉(zhuǎn)方向不變b.圖甲中,如

8、果改變電源的正負(fù)極,液體的旋轉(zhuǎn)方向不變c.圖乙中,如果改變電源的正負(fù)極,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動(dòng)d.圖乙中,如果將水銀換成酒精,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動(dòng)【解析】選c。圖甲中,僅僅調(diào)換n、s極位置或僅僅調(diào)換電源的正負(fù)極位置,安培力方向肯定改變,液體的旋轉(zhuǎn)方向要改變,故a、b均錯(cuò)誤。圖乙中,當(dāng)有電流通過(guò)彈簧時(shí),構(gòu)成彈簧的每一圈導(dǎo)線周?chē)籍a(chǎn)生了磁場(chǎng),根據(jù)安培定則知,各圈導(dǎo)線之間都產(chǎn)生了相互的吸引作用,彈簧就縮短了,當(dāng)彈簧的下端離開(kāi)水銀后,電路斷開(kāi),彈簧中沒(méi)有了電流,各圈導(dǎo)線之間失去了相互吸引力,彈簧又恢復(fù)原長(zhǎng),使得彈簧下端又與水銀接觸,彈簧中又有了電流,開(kāi)始重復(fù)上述過(guò)程,可以觀察到彈簧不

9、斷上下振動(dòng);如果改變電源的正負(fù)極,依然可以觀察到彈簧不斷上下振動(dòng);但是如果將水銀換成酒精,酒精不導(dǎo)電,則彈簧將不再上下振動(dòng),選項(xiàng)c正確,d錯(cuò)誤。故選c。【加固訓(xùn)練】1.在赤道上空,水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線,則此導(dǎo)線()a.受到豎直向上的安培力b.受到豎直向下的安培力c.受到由南向北的安培力d.受到由西向東的安培力【解析】選a。赤道上空的地磁場(chǎng)方向是由南向北的,電流方向由西向東,畫(huà)出此處磁場(chǎng)和電流的方向如圖所示,由左手定則可判斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的,選項(xiàng)a正確。2.如圖所示,把一根通電的硬直導(dǎo)線ab,用輕繩懸掛在通電螺線管正上方,直導(dǎo)線中的電流方向由a向b。閉合開(kāi)關(guān)

10、s瞬間,導(dǎo)線a端所受安培力的方向是()a.向上b.向下c.垂直紙面向外d.垂直紙面向里【解析】選d。閉合開(kāi)關(guān)s瞬間,由右手定則知螺線管右端為n極,左端為s極,螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在通電導(dǎo)線a端指向左下方,由左手定則可知,導(dǎo)線a端所受安培力的方向垂直紙面向里,d正確。知識(shí)點(diǎn)二安培力的大小1.安培力的計(jì)算方法:(1)當(dāng)b與i垂直時(shí),f=ilb。(2)當(dāng)b與i成角時(shí),f=ilbsin。(3)當(dāng)b與i平行時(shí),f=0。2.有效長(zhǎng)度的理解:公式f=ilb和f=ilbsin中的l指的是“有效長(zhǎng)度”,如圖所示,彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l等于連接兩端點(diǎn)的線段的長(zhǎng)度,相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。因?yàn)橥娭睂?dǎo)線在磁場(chǎng)中

11、受到安培力作用,所以可以根據(jù)通電直導(dǎo)線是否受到安培力來(lái)判斷磁場(chǎng)的有無(wú)。當(dāng)通電直導(dǎo)線受到安培力時(shí),有磁場(chǎng);當(dāng)通電直導(dǎo)線不受安培力時(shí),則無(wú)磁場(chǎng)。這種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:這種說(shuō)法不正確。因?yàn)橥娭睂?dǎo)線與磁場(chǎng)平行時(shí),不受安培力,但有磁場(chǎng)?！镜淅咳鐖D,等邊三角形線框lmn由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,線框頂點(diǎn)m、n與直流電源兩端相接,已知導(dǎo)體棒mn受到的安培力大小為f,則線框lmn受到的安培力的大小為()a.2fb.1.5fc.0.5fd.0【解析】選b。設(shè)每一根導(dǎo)體棒的電阻為r、長(zhǎng)度為l,則電路中,上下兩路電阻之比為r1r2=2rr=21,根據(jù)并聯(lián)電路兩端各

12、電壓相等的特點(diǎn)可知,上下兩路電流之比i1i2=12。由于上邊電路通電的導(dǎo)體受安培力的有效長(zhǎng)度為l,根據(jù)安培力計(jì)算公式f=bil,可知上下兩力ff=i1i2=12,得f=f,根據(jù)左手定則可知,兩力方向相同,故線框lmn所受的合力大小為f+f=f,故本題選b。1.(2020武漢高二檢測(cè))如圖所示,通電直導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直。若僅將導(dǎo)線中的電流增大為原來(lái)的2倍,則導(dǎo)線受到安培力的大小將變?yōu)樵瓉?lái)的()a.倍b.4倍c.倍d.2倍【解析】選d。根據(jù)安培力公式f=bil,電流增大為原來(lái)的2倍,則導(dǎo)線受到安培力的大小將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍。綜上分析,故d正確。2.(2020內(nèi)江高二檢測(cè))如圖所示

13、,在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將固定擋板和一條形磁鐵連接起來(lái),此時(shí)磁鐵對(duì)水平面的壓力為n1,現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導(dǎo)體棒,當(dāng)導(dǎo)體棒中通有垂直紙面向里的電流后,磁鐵對(duì)水平面的壓力為n2,則以下說(shuō)法正確的是()a.彈簧長(zhǎng)度將變長(zhǎng),n1n2b.彈簧長(zhǎng)度將變短,n1n2c.彈簧長(zhǎng)度將變長(zhǎng),n1n2d.彈簧長(zhǎng)度將變短,n1n2【解析】選b。開(kāi)始時(shí)條形磁鐵受重力和支持力,二力平衡,故彈簧處于原長(zhǎng),磁鐵對(duì)水平面的壓力等于磁鐵的重力;增加通電導(dǎo)體棒后,根據(jù)條形磁鐵磁感線分布情況得到導(dǎo)體棒所在位置的磁場(chǎng)方向如圖所示,由左手定則可判斷出導(dǎo)體棒所受安培力方向如圖所示。由牛頓第三定律可知,條形磁鐵受到導(dǎo)體棒的作用力斜向

14、左上方,故條形磁鐵對(duì)水平面的壓力減小,同時(shí)彈簧縮短,故選b。【加固訓(xùn)練】1.如圖所示的各圖中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,導(dǎo)線兩端點(diǎn)距離均相等,導(dǎo)線中電流均相等,則各圖中有關(guān)導(dǎo)線所受的安培力的大小的判斷正確的是()a.d圖最大b.b圖最大c.一樣大d.無(wú)法判斷【解析】選c。安培力公式f=bil,其中l(wèi)為垂直于磁場(chǎng)方向的有效長(zhǎng)度,a、b、c、d四個(gè)圖中導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度相等,所以所受的安培力大小相等。2.一段通電的直導(dǎo)線平行于勻強(qiáng)磁場(chǎng)放入磁場(chǎng)中,如圖所示,導(dǎo)線上的電流由左向右流過(guò)。當(dāng)導(dǎo)線以左端點(diǎn)為軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中,導(dǎo)線所受的安培力()a.大小不變b.大小由零逐漸增大到最大c.大小由零先增

15、大后減小d.大小由最大逐漸減小到零【解析】選b。設(shè)電流與磁場(chǎng)的夾角為,導(dǎo)體棒受的安培力為f=bilsin ,其中從0增大到90,sin 由0增加到1,故可知安培力由零逐漸增大,故b正確,a、c、d錯(cuò)誤。3.如圖所示,空間中存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng),將長(zhǎng)度為l的直導(dǎo)線放置在y軸上,當(dāng)通以大小為i、沿y軸負(fù)方向的電流后,測(cè)得其受到的安培力大小為f,方向沿x軸正方向。則關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小,說(shuō)法正確的是()a.只能沿x軸正方向b.可能在xoy平面內(nèi),大小為c.可能在zoy平面內(nèi),大小為d.可能在xoy平面內(nèi),大小為【解析】選c。已知電流沿y軸負(fù)方向,安培力方向沿x軸正方向,根據(jù)左手定則判斷得知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的

16、磁場(chǎng)方向在zoy平面內(nèi)。設(shè)磁場(chǎng)與導(dǎo)線的夾角為,則090;當(dāng)=90時(shí),由f=bilsin 可知,b有最小值為bmin=;當(dāng)0,所以b=和b=是可能的。故a、b、d錯(cuò)誤,c正確。知識(shí)點(diǎn)三安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的判斷1.判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常規(guī)思路:不管是電流還是磁體,對(duì)通電導(dǎo)體的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此,此類(lèi)問(wèn)題可按下面步驟進(jìn)行分析:(1)確定導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)分布情況。(2)結(jié)合左手定則判斷導(dǎo)體所受安培力的方向。(3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向。2.判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的五種常用方法:電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元,先用左手定則判斷每段電流元受力的方向,然后判斷整

17、段導(dǎo)線所受合力的方向,從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí),判斷其所受安培力的方向,從而確定其運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針,通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流,反過(guò)來(lái)等效也成立。然后根據(jù)同極相斥、異極相吸或者根據(jù)同向電流相吸、反向電流相斥判斷相互作用情況結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中,無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流互相吸引,反向電流互相排斥;兩不平行的直線電流相互作用時(shí),有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題時(shí),可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作

18、用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向【典例】?jī)蓷l導(dǎo)線互相垂直,但相隔一小段距離,其中ab固定,cd可以自由活動(dòng),當(dāng)通以如圖所示電流后,cd導(dǎo)線將()a.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近abb.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開(kāi)abc.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開(kāi)abd.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近ab【解析】選a。根據(jù)右手螺旋定則可知,電流ab產(chǎn)生的磁場(chǎng)在下邊垂直紙面向里,在上邊垂直紙面向外,在cd上下兩邊各取一小電流元,根據(jù)左手定則,上邊的電流元所受的安培力方向向右,下邊的電流元所受安培力方向向左,知cd導(dǎo)線順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)cd導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90后,兩電流為同向電流,相互吸引,所以導(dǎo)線cd順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線ab

19、。故a正確,b、c、d錯(cuò)誤。故選a。求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問(wèn)題的基本思路:1.在水平面上有一固定的u形金屬框架,框架上放置一金屬桿ab,如圖所示(紙面即水平面),在垂直紙面方向有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),下列判斷正確的是()a.若磁場(chǎng)方向垂直紙面向外并增大時(shí),桿ab將向右移動(dòng)b.若磁場(chǎng)方向垂直紙面向外并減少時(shí),桿ab將向左移動(dòng)c.若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里并增大時(shí),桿ab將向右移動(dòng)d.若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里并減少時(shí),桿ab將向右移動(dòng)【解析】選d。若磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),根據(jù)楞次定律,ab中感應(yīng)電流方向?yàn)閍b,由左手定則,ab受到的安培力向左,故桿ab將向左移動(dòng),a錯(cuò)誤。若磁場(chǎng)方向垂直紙

20、面向外,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí),根據(jù)楞次定律,ab中感應(yīng)電流方向?yàn)閎a,由左手定則,ab受到的安培力向右,桿ab將向右移動(dòng),b錯(cuò)誤。若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),根據(jù)楞次定律,ab中感應(yīng)電流方向?yàn)閎a,由左手定則,ab受到的安培力向左,桿ab將向左移動(dòng),c錯(cuò)誤。若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí),根據(jù)楞次定律,ab中感應(yīng)電流方向?yàn)閍b,根據(jù)左手定則,ab受到的安培力向右,桿ab將向右移動(dòng),d正確,故選d。2.如圖所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵n極附近,磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直線圈平面。當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后,線圈的運(yùn)動(dòng)情況是 ()a.線圈向左運(yùn)動(dòng)b.

21、線圈向右運(yùn)動(dòng)c.從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)d.從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【解析】選a。電流方向如題圖中所示時(shí),根據(jù)右手螺旋定則,環(huán)形電流可以等效為小磁針,小磁針的n極指向右,根據(jù)異性相吸,知線圈向左運(yùn)動(dòng),靠近磁鐵運(yùn)動(dòng),故a正確,b、c、d錯(cuò)誤。故選a。【加固訓(xùn)練】1.(多選)把一根不計(jì)重力的通電的硬直導(dǎo)線ab放在磁場(chǎng)中,導(dǎo)線所在區(qū)域的磁感線呈弧形,如圖所示。導(dǎo)線可以在空中自由移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)線中的電流方向由a向b,關(guān)于導(dǎo)線的受力和運(yùn)動(dòng)情況,下述說(shuō)法正確的是()a.硬直導(dǎo)線先轉(zhuǎn)動(dòng),后邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊下移b.硬直導(dǎo)線只能轉(zhuǎn)動(dòng),不會(huì)向下移動(dòng)c.硬直導(dǎo)線各段所受安培力的方向都與導(dǎo)線垂直d.在圖示位置,a端受力垂直紙面向內(nèi),

22、b端受力垂直紙面向外【解析】選a、c。各處磁場(chǎng)可以分解為水平方向上的分量和豎直方向上的分量,根據(jù)左手定則可以判斷出,在圖示位置,a端受力垂直紙面向外,b端受力垂直紙面向內(nèi),即導(dǎo)線兩端受到的安培力方向均垂直于紙面,但方向相反,所以導(dǎo)線先轉(zhuǎn)動(dòng),隨著轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)線所受安培力具有豎直向下的分量,后邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊下移,選項(xiàng)a正確,b、d錯(cuò)誤;硬直導(dǎo)線各段所受安培力的方向都與導(dǎo)線垂直,也與該處磁場(chǎng)方向垂直,選項(xiàng)c正確。2.兩個(gè)傾角均為的光滑斜面上,各放有一根相同的金屬棒,分別通有電流i1和i2,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,方向分別如圖中甲、乙所示,兩金屬棒均處于靜止?fàn)顟B(tài),求兩種情況下電流之比i1i2?！窘馕觥考讏D中金

23、屬棒受力分析如圖所示由平衡條件得bi1l=mgtan 乙圖中金屬棒受力分析如圖所示由平衡條件得bi2l=mgsin 由得i1i2=1cos 。答案:1cos 【拓展例題】考查內(nèi)容:磁電式電流表【典例】(多選)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。若線圈中通以如圖乙所示的電流,則下列說(shuō)法中正確的是()a.在量程內(nèi)指針轉(zhuǎn)至任一角度,線圈平面都跟磁感線平行b.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),螺旋彈簧被扭動(dòng),阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)c.當(dāng)線圈在圖乙所示的位置時(shí),b端受到的安培力方向向上d.當(dāng)線圈在圖乙所示的位置時(shí),安培力的作用使線圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)【解析】選a、b、

24、d。指針在量程內(nèi)線圈一定處于磁場(chǎng)之中,由于線圈與鐵芯共軸,線圈平面總是與磁感線平行,故a正確。電表的調(diào)零使得當(dāng)指針處于“0”刻線時(shí),螺旋彈簧處于自然狀態(tài),所以無(wú)論線圈向哪一方向轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力,故b正確。由左手定則知,b端受到的安培力方向向下,a端受到的安培力方向向上,安培力將使線圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),故c錯(cuò)誤,d正確。課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(多選)如圖所示的四個(gè)圖中,磁感線的方向平行紙面或垂直紙面,平行于紙面的導(dǎo)體ab中通有ab的電流,當(dāng)將ab導(dǎo)體以a端為軸,從圖示位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角(始終在紙面內(nèi))的過(guò)程中,通電導(dǎo)體所受安培力的方向不發(fā)生變化的是()【解析】選a、b。轉(zhuǎn)動(dòng)

25、前,根據(jù)左手定則可判斷電流所受的安培力方向:a.垂直紙面向里;b.垂直紙面向外;c.垂直ab斜向上;d.垂直紙面向外。ab導(dǎo)體以a端為軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90后,所受安培力的方向:a.垂直紙面向里;b.垂直紙面向外;c.垂直ab斜向下;d.垂直紙面向里。故選項(xiàng)a、b正確?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,分別標(biāo)出一根垂直放置于磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)線的電流i、磁場(chǎng)b和所受安培力f的方向,其中,配對(duì)關(guān)系正確的是()【解析】選b。根據(jù)左手定則,四個(gè)圖中通電直導(dǎo)線的安培力方向都是豎直向下。故a、c、d錯(cuò)誤,b正確。2.如圖所示把柔軟的鋁箔條折成天橋狀并用膠紙粘牢兩端固定在桌面上,使蹄形磁鐵橫跨過(guò)“天橋”,當(dāng)電池與鋁箔接通時(shí)()a.鋁箔條中部向下方運(yùn)動(dòng)b.鋁箔條中部向上方運(yùn)動(dòng)c.蹄形磁鐵對(duì)桌面的壓力不變d.蹄形磁鐵對(duì)桌面的壓力減小【解析】選b。由題意可知,通過(guò)天橋的電流方向由外向內(nèi),而磁場(chǎng)方向由n極到s極,根據(jù)左手定則可知,鋁箔條中部受到的安培力向上,鋁箔條中部向上方運(yùn)動(dòng),根據(jù)相互作用力,知磁鐵受力方向向下,對(duì)桌子的壓力增大,b正確,a、c、d錯(cuò)誤。故選b。3.(多選)(2020瀘州高二檢測(cè))如圖(a)所示,揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場(chǎng)中,當(dāng)音頻電流信號(hào)通過(guò)線圈時(shí),線圈帶動(dòng)紙盆振動(dòng),發(fā)出聲音。俯視圖(b)表示處于輻射狀磁場(chǎng)中的線圈(線圈平面即紙面),磁場(chǎng)方向如圖