磁場對電流的作用力01

磁場對電流的作用力大課課件38

1.安培力的大小:

F=BIL

(B⊥IL)

說明:(1)L是導線的有效長度

(2)B一定是勻強磁場，一定是導線所在處的磁感應強度值.

2.安培力的方向——左手定則

注意：F一定垂直I、B；

I、B可以垂直可以不垂直。BIF例1.如圖所示,一段導線abcd位于磁感應強度大小為

B的勻強磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直.線段ab、bc和cd的長度均為L,且∠abc=∠bcd=135°.流經(jīng)導線的電流為I,方向如圖中箭頭所示.導線段abcd所受到的磁場的作用力的合力 ( ) A.方向沿紙面向上,大小為(+1)ILB B.方向沿紙面向上,大小為(-1)ILB C.方向沿紙面向下,大小為(+1)ILB D.方向沿紙面向下,大小為(-1)ILB答案

A練習1：如圖，水平放置的光滑金屬導軌M、N，平行地置于勻強磁場中，間距為d，磁場的磁感應強度大小為B，方向與導軌平面夾角為α，金屬棒a、b的質(zhì)量為m，放在導軌上且與導軌垂直，電源電動勢為E，定值電阻為R，其余電阻不計，則當電鍵K閉合時，棒a、b受到的安培力的大小為多少？方向怎樣？棒的加速度大小為多少？SEBaMNabR練習2.如圖所示，一位于xy平面內(nèi)的矩形通電線框只能繞ox軸轉動，線圈的4個邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖，當空間加上如下所述的哪種磁場線圈會轉動起來：

A.方向沿x軸的恒定磁場

B.方向沿y軸的恒定磁場

C.方向沿z軸的恒定磁場

D.方向沿x軸的反方向的

恒定磁場B題型1通電導體在安培力作用下運動方向的判斷

例1如圖所示,把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面.當線圈內(nèi)通以如圖方向的電流后,線圈的運動情況是（ ）

A.線圈向左運動

B.線圈向右運動

C.從上往下看順時針轉動

D.從上往下看逆時針轉動典型題例解法一

電流元法.首先將圓形線圈分成很多小段,每一段可看做一直線電流,取其中上、下兩小段分析,其截面圖和受安培力情況如右圖所示.根據(jù)對稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運動.只有選項A正確.解法二

等效法.將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵,如下圖所示,據(jù)異名磁極相吸引知,線圈將向左運動,選A.也可將左側條形磁鐵等效成一環(huán)形電流,根據(jù)結論“同向電流相吸引,異向電流相排斥”.也可判斷出線圈向左運動,選A.答案

A方法提煉判斷通電導體在安培力作用下的運動方向: 清楚導線所在位置的磁場分布情況,然后結合左手定則準確判斷導線的受力情況或將要發(fā)生的運動.往往采用以下幾種方法:電流元法把整段導線分為多段直電流元,先用左手定則判斷每段電流元受力的方向,然后判斷整段導線所受合力的方向,從而確定導線運動方向等效法環(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環(huán)形電流,反過來等效也成立特殊位置法通過轉動通電導線到某個便于分析的特殊位置,然后判斷其所受安培力的方向,從而確定其運動方向推論法兩平行直線電流在相互作用過程中,無轉動趨勢,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,有轉動到平行且電流方向相同的趨勢轉換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題,可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場的反作用力,從而確定磁體所受合力及運動方向電流元分析法：如圖所示，把一重力不計的通電導線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通入圖示方向電流I時，導線的運動情況是(從上往下看)()

A.順時針方向轉動，同時下降；B.順時針方向轉動，同時上升；C.逆時針方向轉動，同時下降；D.逆時針方向轉動，同時上升；A

如圖所示，原來靜止的圓形線圈通以逆時針方向的電流I，在其直徑AB上靠近B點放一根垂直于線圈平面的固定不動的長直導線I′，電流方向如圖中所示，在磁場作用下圓線圈將（）

A．向左平動；

B．向右平動；

C．以直徑AB為軸轉動，并向左運動。

D．靜止不動．C

一根通有電流為I1的長直導線OO'豎直放置，另有一矩形導線框abcd的平面放在豎直平面內(nèi)，通有如圖所示的電流I2，OO'到abcd平面的距離為4r，邊長ab=cd=5r，ad=bc=6r，且ab和cd兩邊所在處的磁感強度大小均為B（由I1產(chǎn)生）。求ab和cd所受安培力的大小，并說明方向。需要畫俯視圖Fab=B?5rI2=5BrI2，方向沿oa向外背離OO'；Fcd=B?5rI2=5BrI2,方向沿do向里指向OO'。題型2安培力與力學知識的綜合應用例2如圖所示,在傾角θ=30°

的斜面上,固定一金屬框,寬L =0.25m,接入電動勢E=12V,

內(nèi)阻不計的電源,垂直框面放 有一根質(zhì)量m=0.2kg的金屬 棒ab,它與框架的動摩擦因數(shù)μ=,

整個裝置放在磁感應強度B=0.8T,垂直框面向上的勻強磁場中.當調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時,可使金屬棒靜止在框架上?框架與棒的電阻不計,g取10m/s2.思維導圖解析（1）當變阻器R取值較大時,I較小,安培力F較小,在金屬棒重力分力mgsinθ作用下,使棒有沿框架下滑趨勢,框架對棒的摩擦力F1沿框面向上,如右圖所示.金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件.BL+μmgcosθ-mgsinθ=0得R==

Ω=4.8Ω（2）當變阻器R取值較小時,I較大,安培力F較大,會使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑趨勢.因此,框架對棒的摩擦力F2沿框面向下,如右圖所示.金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件.BL-μmgcosθ-mgsinθ=0得R== Ω=1.6Ω所以滑動變阻器R的取值范圍為1.6Ω≤R≤4.8Ω.答案1.6Ω≤R≤4.8Ω題型3“導體棒”模型例3：如圖所示是一個 可以用來測量磁感應強度 的裝置,一長方體絕緣容器 內(nèi)部高為L,厚為d,左右兩管 等高處裝有兩根完全相同 的開口向上的管子a、b,上、 下兩側裝有電極C（正極）和D（負極）,并經(jīng)開關S與電源連接.容器中注滿能導電的液體,液體的密度為ρ.將容器置于一勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向里.當開關斷開時,豎直管子a、b中

的液面高度相同;開關S閉合后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.若閉合開關S后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h,電路中電流表的讀數(shù)為I,求磁感應強度B的大小.解析

開關S閉合后,導電液體中有電流由C流向D,根據(jù)左手定則可知導電液體要受到向右的安培力F的作用,在液體中產(chǎn)生附加壓強p,這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.設液體中產(chǎn)生附加壓強為p,則:p= ①p=ρgh ②F=BIL ③S=Ld ④所以磁感應強度的大小為B= ⑤答案例4：如圖所示,半徑為R的絕緣輕質(zhì)細圓環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的正電荷,將環(huán)垂直放入磁感應強度為B的勻強磁場中,若環(huán)能承受的最大拉力為F,問環(huán)至少以多大的角速度旋轉時可將圓環(huán)拉斷?解析設圓環(huán)旋轉的角速度為ω,則圓環(huán)電荷隨圓環(huán)轉動形成的電流為I= 取半圓為研究對象,受力如圖所示F安=BIL=B ·2R= 當F安=2F時環(huán)可被拉斷,則 =2F 則有ω= 答案

鞏固練習：一圓形線圈，半徑為r，通以電流強度為I的電流，放在光滑水平面上，勻強磁場的磁感應強度大小為B，方向豎直向下，如圖所示（俯視圖），則線圈截面上張力大小為：（）

A．2BIrB．0.5BIr

C．BIrD．不能求解C例5.如圖所示,有兩根長為L、 質(zhì)量為m的細導體棒a、b,a

被水平放置在傾角為45°的 光滑斜面上,b被水平固定在 與a在同一水平面的另一位置,

且a、b平行,它們之間的距離為x.當兩細棒中均通以電流強度為I的同向電流時,a恰能在斜面上保持靜止,則b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應強度的說法錯誤的是 （）A.方向向上 B.大小為C.若使b下移,a將不能保持靜止D.要使a仍能保持靜止,而減小b在a處的磁感應強度,可使b上移

解析

由安培定則可知A正確.由mgsinα=BIL cosα知B=

,B錯誤.若要使B最小,

B應在平行斜面向上的方向上,所以C、D正確.

答案

B例:如圖所示,兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m,質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強磁場B=0.1T,方向豎直向下,軌道平面距地面高度h=0.8m,當接通開關S時,金屬棒由于受磁場力作用而被水平拋出,落地點水平距離s