江蘇桃州中學(xué)3013高考物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案3.2磁場對電流的作用力

1、選修3-12013屆桃州中學(xué)高三物理導(dǎo)學(xué)案第三章 磁場【課 題】§3.2 磁場對電流的作用力 編制人：王文科 審核：張小創(chuàng) 年 月 日【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1掌握安培力的概念2會用安培力公式分析和解決有關(guān)問題【知識要點】一安培力的方向(1)安培力：通電導(dǎo)線在磁場中受到的力(2)左手定則：伸開左手，讓拇指與其余四指 ，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感線垂直掌心進(jìn)入，并使四指指向 方向，這時所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向(3)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相 ，異向電流互相二安培力的大小當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成角時，F(xiàn) .這是一般情況下的安培力的表達(dá)式，以下是兩種

2、特殊情況：(1)當(dāng)磁場與電流 時，安培力最大，F(xiàn)maxBIL.(2)當(dāng)磁場與電流 時，安培力等于零注意：對于彎曲導(dǎo)線L等于其在垂直磁場平面內(nèi)的投影兩端點所連線的長度，如圖所示相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端三、安培力的應(yīng)用1電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力方向，最后確定運動方向2特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運動方向 3等效法：環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析4利用結(jié)論

3、法：兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引；，反向電流相互排斥；兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢【典型例題】一、通電導(dǎo)體在安培力作用下運動方向的判斷【例題1】如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)( )A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升二、與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題【例題2】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)

4、強(qiáng)度B0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 37°0.60，cos 37°0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力【例題3】10.粗細(xì)均勻的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的彈簧下邊，ab恰好處在水平位置(如圖所示)已知ab的質(zhì)量為m10.0 g，長度L6

5、0 cm，沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.4 T.(1)要使兩根彈簧能處在自然狀態(tài)，既不被拉長，也不被壓縮，ab中應(yīng)沿什么方向、通過多大的電流？(2)當(dāng)導(dǎo)線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過時，兩根彈簧均被拉長了x1 mm，求該彈簧的勁度系數(shù)(3)當(dāng)導(dǎo)線中由b到a方向通過0.2 A的電流時兩根彈簧被拉長多少？(取g9.6 m/s29.6 N/kg)【能力訓(xùn)練】 1一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()2在如圖所示電

6、路中，電池均相同，當(dāng)電鍵S分別置于a、b兩處時，導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小分別為fa、fb，可判斷這兩段導(dǎo)線() A相互吸引，fafb B相互排斥，fafbC相互吸引，fafb D相互排斥，fafb3（2012屆廣州高三12月調(diào)研測試）如圖直導(dǎo)線通入垂直紙面向里的電流，在下列勻強(qiáng)磁場中，能靜止在光滑斜面上的是IBAIBBIBCIBD4(2012蘇北四市三模)如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根豎直放置的平行粗糙導(dǎo)軌CD、EF，導(dǎo)軌上放有一金屬棒MN?，F(xiàn)從t=0時刻起，給棒通以圖示方向的電流且電流強(qiáng)度與時間成正比，即I=kt，其中k為常量，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。下列關(guān)于棒的速度

7、v、加速度a隨時間t變化的關(guān)系圖象，可能正確的是vtOAvtOBatOCatODBICDEFMN5(2011·江蘇單科)如圖所示，固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流I，矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)，且一邊與導(dǎo)線平行線框由靜止釋放，在下落過程中()A穿過線框的磁通量保持不變B線框中感應(yīng)電流方向保持不變C線框所受安培力的合力為零D線框的機(jī)械能不斷增大6等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一根長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，三根導(dǎo)線均通有大小不變的恒定電流，方向均垂直于紙面向里，如圖所示已知Ia>Ib，則過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向可能是()AF1 BF2 CF3 DF47(2010·

8、上海高考) .如右圖所示，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()A0B0.5 BIlCBIl D2BIl8如圖所示，用細(xì)橡皮筋懸掛一輕質(zhì)線圈，置于一固定直導(dǎo)線上方，線圈可以自由運動當(dāng)給兩者通以圖示電流時，線圈將()A靠近直導(dǎo)線，兩者仍在同一豎直平面內(nèi)B遠(yuǎn)離直導(dǎo)線，兩者仍在同一豎直平面內(nèi)C靠近直導(dǎo)線，同時旋轉(zhuǎn)90°D遠(yuǎn)離直導(dǎo)線，同時旋轉(zhuǎn)90°甲abI圖11乙a9（2012海淀區(qū)期末）如圖甲所示，在水平地面上固定一對與水平面傾角為

9、的光滑平行導(dǎo)電軌道，軌道間的距離為l，兩軌道底端的連線與軌道垂直，頂端接有電源。將一根質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒ab放在兩軌道上，且與兩軌道垂直。已知軌道和導(dǎo)體棒的電阻及電源的內(nèi)電阻均不能忽略，通過導(dǎo)體棒的恒定電流大小為I，方向由a到b，圖乙為圖甲沿ab方向觀察的平面圖。若重力加速度為g，在軌道所在空間加一豎直向上的勻強(qiáng)磁場，使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止。（1）請在圖乙所示的平面圖中畫出導(dǎo)體棒受力的示意圖； （2）求出磁場對導(dǎo)體棒的安培力的大??；（3）如果改變導(dǎo)軌所在空間的磁場方向，試確定使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值的大小和方向。10(2012·濟(jì)南模擬)。如圖所示，在

10、傾角為30°的斜面上，固定一寬L0.25 m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器R.電源電動勢E12 V，內(nèi)阻r1 ，一質(zhì)量m20 g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.80 T、垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場中(導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計)金屬導(dǎo)軌是光滑的，取g10 m/s2，要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止，求：(1)金屬棒所受的安培力(2)通過金屬棒的電流(3)滑動變阻器R接入電路中的阻值例題答案： 1. 解析A首先明確常見磁場的磁感線分布情況，然后取“電流元”，用左手定則判定其受力方向，特別注意電流旋轉(zhuǎn)后，有了垂直于紙面的分量而導(dǎo)致向下受力(1)電流元法：如

11、圖所示，把直線電流等效為AO、OO、OB三段(OO段極短)電流元，由于OO段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視)(2)特殊位置法：把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動綜上所述，選項A正確 2. 【答案】(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N，方向沿斜面向下 解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5

12、 A.(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面向下的分力F1mgsin 37°0.24 N由于F1小于安培力，故導(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，如圖所示根據(jù)共點力平衡條件mgsin 37°FfF安，解得：Ff0.06 N.3【答案】(1)由a到b0.4 A(2)24 N/m(3)3 mm解析(1)只有當(dāng)ab受到的磁場力方向豎直向上且大小等于ab的重力時，兩根彈簧才能處于自然狀態(tài)，根據(jù)左手定則，ab中的電流應(yīng)由a到b，電流的大小由mgBIL求得I A0.4 A.(2)當(dāng)導(dǎo)線中通過由a到b的電流時，受到豎直向上的磁場力作用，被拉長的兩根彈簧對a

13、b有豎直向上的拉力，同時ab受豎直向下的重力，平衡時平衡方程為BIL2kxmg可得彈簧的勁度系數(shù)k N/m24 N/m.(3)當(dāng)電流方向由b向a時，ab所受磁場力豎直向下，這時的平衡方程為：2kxmgBIL由此式可求出兩根彈簧被拉伸的長度為x m0.003 m3 mm.能力訓(xùn)練答案 1解析D電流與磁場平行放置時不受磁場力，選項A錯誤；電流與磁場垂直放置時，由左手定則知選項D正確2解析D由圖可知無論電鍵置于a或b，導(dǎo)體中的電流方向均由MM和NN，由安培定則可知MM在NN處產(chǎn)生的磁場方向垂直板向上，由左手定則知NN受到的力向外，即這兩段導(dǎo)線相互排斥；電鍵分別置于a、b兩處時，在b處的電流較大，所以

14、有fa<fb，故D正確3. 答案：A 4. 答案：BD解析：磁場對電流的安培力F=BIL=BLkt, 金屬棒MN對導(dǎo)軌的壓力FN=F,摩擦力f=µFN=µBLKt,由牛頓第二定律mg-f=ma知加速度a先變小后反向變大且a與t成線性關(guān)系，C錯D正確；速度先變大后減小到0最終靜止，速度最大時加速度a=0,A錯B正確5.答案：B解析由通電直導(dǎo)線周圍磁感線的分布規(guī)律可知，線框下落過程中穿過其中的磁感線越來越少，故磁通量在不斷變小，故A錯；下落時穿過線框的磁通量始終減小，由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向保持不變，故B正確；線框上下兩邊受到的安培力方向雖相反，但上邊所處位置的磁感應(yīng)

15、強(qiáng)度始終大于下邊所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，故上邊所受的安培力大于下邊所受的安培力，其合力不為零，故C錯；由能量守恒可知下落時一部分機(jī)械能會轉(zhuǎn)化為線框通電發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能，故線框的機(jī)械能減少，D錯 6. 答案：D解析由安培定則可知，通電導(dǎo)線a在導(dǎo)線c處所產(chǎn)生的磁場方向與a、c連線垂直，并偏離PQ指向左下方，導(dǎo)線b在導(dǎo)線c處所產(chǎn)生的磁場方向與b、c連線垂直，并偏離PQ指向右下方由于Ia>Ib，所以導(dǎo)線c處的合磁場方向并不在直線PQ上，而是介于PQ和b、c連線之間所以，由左手定則可知，導(dǎo)線c所受安培力的方向可能是F4.7. 答案C 解析本題考查安培力大小的計算，我們可以把導(dǎo)線分成兩段，分別分析其受力情況，應(yīng)用左手定則判斷每一段導(dǎo)線受安培力的方向，然后根據(jù)平行四邊形定則求合力；更簡單的方法是直接找出導(dǎo)線有效長度為2lsin30°l，所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl.8. 答案A 解析由安培定則知，通電直導(dǎo)線在線圈處產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向外為了判定通電線圈在這一磁場內(nèi)的受力方向，不妨將它分成足夠多的等份來處理，這樣每一小段便可看作是一小段通電直導(dǎo)線結(jié)合左手定則可判定出各段受力皆背離圓心，如右圖所示但