高中物理 第三章 磁場 2 磁場對通電導(dǎo)線的作用—安培力學(xué)案 教科版-1

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2。磁場對通電導(dǎo)線的作用安培力學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道安培力的定義及安培力大小的決定因素2會用filb計算b與i垂直情況下的安培力(重點）3掌握左手定則,并會用它判定安培力的方向（重點)4知道電動機(jī)的工作原理。安 培 力 的 實 驗 探 究 和 公 式1安培力磁場對通電導(dǎo)線的作用力2科學(xué)探究:安培力與哪些因素有關(guān)（1）實驗探究采用的方法:控制變量法(2）當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時，實驗結(jié)論是：當(dāng)其他因素不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時,安培力增大；當(dāng)其他因素不變，電流增大時，安培力增大；當(dāng)其他因素不變，導(dǎo)體長度增大時，安培力增大；安培力的方向由磁場方向和電流方向共同決

2、定3安培力的大?。?）filb.（2)適用條件通電導(dǎo)線與磁場方向垂直勻強(qiáng)磁場或非勻強(qiáng)磁場中很短的導(dǎo)體1通電導(dǎo)體在磁場中所受安培力為零，該處磁場感應(yīng)強(qiáng)度一定為零（)2兩根通電導(dǎo)線在同一勻強(qiáng)磁場中，若導(dǎo)線長度相同，電流大小相等，則所受安培力大小相等，方向相同（)3通以10 a電流的直導(dǎo)線，長為0.1 m，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 t的勻強(qiáng)磁場中,所受安培力可能為0。02 n()通電導(dǎo)體在磁場中所受安培力f的大小一定等于ilb嗎？【提示】不一定只有當(dāng)通電導(dǎo)體中的電流方向與磁場方向垂直時，安培力f才等于ilb。如3.2。1所示，利用下列實驗裝置可以探究安培力的大小與磁場、電流大小的關(guān)系(1）在b、l一定

3、時，增大電流i，導(dǎo)線受力怎么變化？(2）在b、i一定時,增大導(dǎo)線的長度l，導(dǎo)線受力怎么變化？32。1【提示】(1)當(dāng)b、l一定時，增大電流i、導(dǎo)線受的力變大（2）當(dāng)b、i一定時，增大導(dǎo)線長度l導(dǎo)線受力變大1當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時，filb。此時通電導(dǎo)線所受安培力最大2當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直時，filbsin (是i和b之間的夾角）3當(dāng)通電導(dǎo)線的方向和磁場方向平行(0或180）時,安培力最小，等于零4若導(dǎo)線是彎曲的，公式中的l并不是導(dǎo)線的總長度,而應(yīng)是彎曲導(dǎo)線的“有效長度它等于連接導(dǎo)線兩端點直線的長度（如圖3。2.2所示），相應(yīng)的電流方向沿兩端點連線由始端流向末端圖3。2。2一根長為0。

4、2 m、電流為2 a的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 t的勻強(qiáng)磁場中,受到的安培力大小不可能是(）a0.4 nb0。2 nc0。1 nd0【解析】由安培力的公式filbsin 可知，安培力的大小與i和b的夾角有關(guān)當(dāng)90時，f最大，fmaxilb20。20.5 n0.2 n當(dāng)0時，f最小,fmin0，故f的大小范圍是0f0.2 n，故b、c、d可能，a不可能【答案】a如圖3。23所示，導(dǎo)線框中電流為i，導(dǎo)線框垂直于磁場放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,ab與cd相距為d，則mn所受安培力大小為(） 【導(dǎo)學(xué)號：96322061】圖32。3afbidbfbidsin cfdfbidcos 【解析】導(dǎo)線與b垂直

5、,fbi.【答案】c如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流均為i，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為b，求各導(dǎo)線所受到的安培力的大小【解析】a圖中,filbcos ，這時不能死記公式而錯寫成filbsin 。要理解公式本質(zhì)是有效長度或有效磁場，正確分解b圖中，bi，導(dǎo)線在紙平面內(nèi),故filb.c圖是兩根導(dǎo)線組成的折線abc，整體受力實質(zhì)上是兩部分直導(dǎo)線分別受力的矢量和，其有效長度為ac，故filb.d圖中，從ab的半圓形電流,分析圓弧上對稱的每一小段電流，受力抵消合并后，其有效長度為ab，故f2irb.e圖中，f0.【答案】a:ilbcos b：ilbc:ilbd：2irbe：0計算安培力大小應(yīng)注

6、意的問題(1）應(yīng)用公式filb，電流方向必須與磁場方向垂直（2)通電導(dǎo)線放入磁場中，有可能不受安培力的作用(3）公式filb中的l不一定是導(dǎo)線的實際長度，而應(yīng)是“有效長度”安 培 力 的 方 向 和 安 培 力 的 應(yīng) 用1安培力的方向(1)左手定則：伸出左手,四指并攏，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向沿電流方向,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：安培力的方向既與電流方向垂直，又與磁場方向垂直，即安培力方向垂直于電流方向和磁場方向所確定的平面2電動機(jī)(1)原理：利用磁場對通電線圈的安培力使線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)(2）作用:把電

7、能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（3)分類1當(dāng)通電直導(dǎo)線垂直于磁場方向時，安培力的方向和磁場方向相同()2磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與安培力的方向垂直(）3電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置（)通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直嗎？【提示】一定根據(jù)左手定則可判斷安培力的方向垂直于電流和磁場方向如圖3。2.4所示，利用下列裝置可以探究安培力的方向與磁場、電流方向的關(guān)系(1)圖中磁場方向向哪？閉合電鍵后，導(dǎo)線中電流方向向哪?（2）閉合電鍵后,通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場、電流方向存在什么關(guān)系？圖32。4【提示】（1)磁場方向豎直向下、電流方向從里向外(2)安培力的方向與磁場方向、電流方向都垂直1電流方向、

8、磁場方向和安培力方向三者的因果關(guān)系（1)電流方向和磁場方向間沒有必然聯(lián)系，這兩個方向的關(guān)系是不確定的(2)電流方向和磁場方向共同決定了安培力的方向，一旦這兩個方向確定，安培力的方向是唯一的（3）已知安培力方向和磁場方向時，電流方向不確定;已知安培力方向和電流方向時，磁場方向不確定2電場力與磁場力的方向?qū)Ρ入妶隽Π才嗔ρ芯繉ο簏c電荷電流受力特點與電場方向相同(正電荷)或相反（負(fù)電荷)與磁場方向和電流方向都垂直判斷方法由電場方向和電荷的正、負(fù)判斷左手定則請畫出如圖3。2。5所示的甲、乙、丙三種情況下，導(dǎo)線受到的安培力的方向甲乙丙圖3。2。5【解析】畫出甲、乙、丙三種情況的側(cè)面圖，利用左手定則判定出

9、在甲、乙、丙三種情況下，導(dǎo)線所受安培力的方向如圖所示甲 乙 丙【答案】見解析 如圖3。2。6所示,磁場方向豎直向下，長度為l的通電直導(dǎo)線ab處于磁場中,由水平位置1繞a點在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位置2的過程中，通電導(dǎo)線所受安培力是() 【導(dǎo)學(xué)號:96322062】圖3。2.6a數(shù)值變大，方向不變b數(shù)值變小，方向不變c數(shù)值不變，方向改變d數(shù)值、方向均改變【解析】安培力filb，電流不變，垂直直導(dǎo)線的有效長度減小，安培力減小，安培力的方向總是垂直b、i所構(gòu)成的平面,所以安培力的方向不變，故選項b正確【答案】b音圈電機(jī)是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動機(jī)如圖32。7是某音圈電機(jī)的原理示意圖，它由一對正對

10、的磁極和一個正方形剛性線圈構(gòu)成，線圈邊長為l，匝數(shù)為n，磁極正對區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于線圈平面豎直向下，大小為b，區(qū)域外的磁場忽略不計線圈左邊始終在磁場外，右邊始終在磁場內(nèi)，前后兩邊在磁場內(nèi)的長度始終相等某時刻線圈中電流從p流向q，大小為i.圖3。2.7(1)求此時線圈所受安培力的大小和方向（2)若此時線圈水平向右運動的速度大小為v，求安培力的功率【解析】(1)由安培力表達(dá)式fbil可知，線圈所受的安培力fnbil，由左手定則可判斷安培力方向水平向右(2)由功率公式pfv可知，安培力的功率pnbilv.【答案】（1）安培力的大小:nbil方向：水平向右(2)安培力的功率：nbilv左手定

11、則應(yīng)用的幾個要點（1)安培力方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場的方向，所以應(yīng)用左手定則時，必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直(2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直，所以磁場方向不一定垂直穿入手掌，可以與四指方向成某一夾角,但四指一定要指向電流方向?qū)W業(yè)分層測評（十六） （建議用時：45分鐘） 1如圖3.2。8是“探究影響通電導(dǎo)體在磁場中受力因素”的實驗示意圖三塊相同蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上，導(dǎo)體棒用圖中1、2、3、4輕而柔軟的細(xì)導(dǎo)線懸掛起來，它們之中的任意兩根與導(dǎo)體棒和電源構(gòu)成回路認(rèn)為導(dǎo)體棒所在位置附近為勻強(qiáng)磁場,最初導(dǎo)線1、4接在直流電源上，電源沒有在圖中畫出關(guān)于接通電源時可能出

12、現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,下列敘述正確的是（) 【導(dǎo)學(xué)號:96322154】圖3。2.8a僅拿掉中間的磁鐵,導(dǎo)體棒擺動幅度不變b改變電流方向同時改變磁場方向,導(dǎo)體棒擺動方向?qū)淖僣僅改變電流方向或僅改變磁場方向，導(dǎo)體棒擺動方向一定改變d增大電流的同時并改變接入導(dǎo)體棒上的細(xì)導(dǎo)線，接通電源時，導(dǎo)體棒擺動幅度一定增大【解析】僅拿掉中間的磁鐵，導(dǎo)體棒在磁場中的有效長度減小,所受安培力減小，擺動幅度減小，選項a錯誤；改變電流方向同時改變磁場方向，導(dǎo)體棒所受安培力方向不變,僅改變其中一個方向時,安培力方向改變，選項b錯誤，c正確；增大電流的同時,減小導(dǎo)體棒在磁場中的有效長度，所受安培力可能減小，擺動幅度可能減小，選

13、項d錯誤【答案】c2在赤道上空，有一條沿東西方向水平架設(shè)的導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中的自由電子自西向東沿導(dǎo)線做定向移動時，導(dǎo)線受到地磁場的作用力的方向為()a向北b向南c向上d向下【解析】導(dǎo)線中的自由電子自西向東沿導(dǎo)線定向移動時，形成的電流自東向西赤道上空地磁場方向由南水平指向北，由左手定則可判斷導(dǎo)線受到的安培力方向向下答案為d?！敬鸢浮縟3在如圖所示的四個圖中，標(biāo)出了磁場b的方向、通電直導(dǎo)線中電流i的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力f的方向，其中正確的是（)【解析】安培力的方向一定與直導(dǎo)線和磁場所決定的平面垂直,a、b均錯誤，由左手定則可判斷c錯誤，d正確【答案】d4如圖3。2。9所示，均勻繞制的螺線管水

14、平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線a,a與螺線管垂直，a導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，開關(guān)s閉合，a受到通電螺線管磁場的作用力的方向是（） 【導(dǎo)學(xué)號:96322155】圖3。2。9a水平向左b水平向右c豎直向下d豎直向上【解析】先用安培定則判斷螺線管的磁場方向在a點導(dǎo)線處的磁場方向是水平向左的;再用左手定則判斷出導(dǎo)線a受到的安培力豎直向上故選d.【答案】d5如圖3。2.10所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b的勻強(qiáng)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abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為i，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受

15、到的磁場的作用力的合力()圖3.2.10a方向沿紙面向上，大小為（1)ilbb方向沿紙面向上，大小為（1）ilbc方向沿紙面向下，大小為(1)ilbd方向沿紙面向下，大小為（1）ilb【解析】導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識知lad（1）l，故線段abcd所受的合力大小filadb（1）ilb,導(dǎo)線有效長度的電流方向為ad，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向豎直向上，故a項正確【答案】a6如圖3。2.11所示，兩根相隔一定距離、相互垂直的異面直導(dǎo)線ab和cd，分別通有方向如圖所示的電流，若通電導(dǎo)線ab固定不動，通電導(dǎo)線cd可以自由運動，則通電導(dǎo)線cd的運動情況是()圖3.2。11

16、a順時針轉(zhuǎn)動,同時靠近abb順時針轉(zhuǎn)動，同時遠(yuǎn)離abc逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近abd逆時針轉(zhuǎn)動,同時遠(yuǎn)離ab【解析】由安培定則知通電導(dǎo)線ab的磁場在ab上面是垂直紙面向外的,在ab下面是垂直紙面向里的，根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線cd上半部分所受安培力向右，下半部分所受安培力向左,故cd將順時針轉(zhuǎn)動因cd順時針轉(zhuǎn)動，其電流方向趨于和ab的電流方向一致，根據(jù)同向電流互相吸引，異向電流相互排斥的性質(zhì)可知cd同時靠近ab.【答案】a7將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其附近放一條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖3.2。12所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從上往下看（)

17、【導(dǎo)學(xué)號：96322156】圖3。2.12a圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵b圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵c圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵d圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵【解析】該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個垂直于紙面的小磁針，n極在內(nèi),s極在外，根據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引的性質(zhì)，可得c項正確【答案】c8將長度為20 cm、通有0。1 a電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場方向如圖3.2.13所示,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 t試求下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向圖3。2。13【解析】由公式fiblsin 得：（1）中f10.(2)中f2ibl0.02 n,方向水平向右（3)中f3ibl0.02 n，方向垂直導(dǎo)線方

18、向斜向左上方(與水平成120角）【答案】(1)0（2）0.02 n，水平向右(3）0。02 n，與水平方向成120角斜向左上方9（多選）如圖3214所示，質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，有電流時,ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，下圖是它的四個側(cè)視圖，標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是（)圖3.2.14【解析】因桿ab靜止在導(dǎo)軌上，所受合力為零,若桿ab所受的支持力和磁場對ab的安培力以及桿ab所受的重力的合力為零，或桿ab所受重力與所受安培力的合力為零，則ab桿與導(dǎo)軌之間的摩擦力就為零，對a、b、c、d四個圖中桿a

19、b進(jìn)行受力分析知，選項a、b圖中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零【答案】ab10如圖32。15所示，水平桌面上放置一根條形磁鐵，磁鐵中央正上方用絕緣彈簧懸掛一水平直導(dǎo)線，并與磁鐵垂直當(dāng)直導(dǎo)線中通入圖中所示方向的電流時，可以判斷出（) 【導(dǎo)學(xué)號:96322157】圖3。2。15a彈簧的拉力增大,條形磁鐵對桌面的壓力減小b彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力減小c彈簧的拉力增大，條形磁鐵對桌面的壓力增大d彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力增大【解析】如圖所示，畫出直導(dǎo)線附近的條形磁鐵的磁感線,由左手定則可知，直導(dǎo)線受向下的安培力，由于力的作用是相互的，因此條形磁鐵受向上的作用力故a正確【答案】a11水平放置的光滑金屬導(dǎo)軌寬l0。2 m，接有電源電動勢e3 v，電源內(nèi)阻及導(dǎo)