2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第9章磁場第1節(jié)磁場的描述磁吃電流的作用教案新人教版

1、第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用高考備考指南考點(diǎn)內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析202020192018命題分析磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線卷t18：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)卷t17：帶電粒子在電場中的加速和在磁場中的偏轉(zhuǎn)t24：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)卷t18：帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)卷t17：磁場及其對電流的作用卷t24：帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)卷t17：磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用卷t18：磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用卷t25：帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)卷t20：磁場的疊加卷t25：帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)卷t24：帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)1.高考對本章內(nèi)容的考查命題頻率很高，常以選擇題和計(jì)算

2、題兩種形式命題，選擇題一般考查基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律，難度不大，計(jì)算題一般具有較高的綜合性，難度較大，常作為高考的壓軸題。2命題熱點(diǎn)側(cè)重于安培力和洛倫茲力的理解和計(jì)算、帶電粒子在磁場、復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)等。32022年高考命題考查重點(diǎn)不會(huì)有很大的變化。仍將會(huì)突出考查安培力、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)與力學(xué)、電學(xué)、能量知識(shí)的綜合應(yīng)用。通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向安培力、安培力的方向勻強(qiáng)磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力的公式帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀和回旋加速器說明：(1)安培力的計(jì)算只限于電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直的情形。(2)洛倫茲力的計(jì)算只限于速度與磁場方向垂直的情形。核心素養(yǎng)物理觀

3、念：磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、安培力、洛倫茲力(如2020卷t18、2020卷t18)。科學(xué)思維：左手定則、安培定則、“電流元法”“比值定義法”“圖象法”“控制變量法”“臨界法”(如2020卷t17)?？茖W(xué)探究：探究影響磁感應(yīng)強(qiáng)度的因素?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：磁場與現(xiàn)代科技應(yīng)用。第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場力的作用。(2)方向：小磁針的n極所受磁場力的方向。2磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場的強(qiáng)弱和方向。(2)定義式：b(通電導(dǎo)線垂直于磁場)。(3)方向：小磁針靜止時(shí)n極的指向。(4)單位：特斯拉(t)。二、磁

4、感線幾種常見的磁場1磁感線及特點(diǎn)(1)磁感線：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。(2)特點(diǎn)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。磁感線的疏密定性地表示磁場的強(qiáng)弱。磁感線是閉合曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)。磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。2幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示)條形磁鐵蹄形磁鐵(2)電流周圍的磁場(安培定則)直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點(diǎn)無磁極、非勻強(qiáng)磁場且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場且磁場最強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是n極和s極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱安培定則立

5、體圖橫截面圖縱截面圖(3)勻強(qiáng)磁場定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強(qiáng)磁場。特點(diǎn)：疏密程度相同、方向相同的平行直線。(4)地磁場地磁的n極在地理南極附近，s極在地理北極附近，磁感線分布如圖所示。在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向水平向北。三、安培力及其方向1安培力的大小(1)磁場和電流垂直時(shí)：fbil。(2)磁場和電流平行時(shí)：f0。2.安培力的方向左手定則判斷：(1)伸出左手，讓拇指與其余四指垂直，并且都在同一個(gè)平面內(nèi)。(2)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流方向。(3)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。一、思考辨析(正確

6、的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”)1磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，跟放在該點(diǎn)的試探電流元的情況無關(guān)。()2小磁針n極所指的方向就是該處磁場的方向。()3在同一幅圖中，磁感線越密，磁場越強(qiáng)。()4將通電導(dǎo)線放入磁場中，若不受安培力，說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。()5相鄰兩條磁感線之間的空白區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。()二、走進(jìn)教材1(教科版選修31p83t3) (多選)如圖為通電螺線管。a為螺線管外一點(diǎn)，b、c兩點(diǎn)在螺線管的垂直平分線上，則下列說法正確的是()a磁感線最密處為a處，最疏處為b處b磁感線最密處為b處，最疏處為c處c小磁針在b處和a處n極都指向左方d小磁針在b處和c處n極都指向右方bc根據(jù)安培定則可知，a

7、、b兩處磁場方向向左，c處磁場方向向右；根據(jù)通電螺線管周圍的磁感線分布情況可知，b處磁感線最密，c處磁感線最疏。2.(人教版選修31p83“演示”實(shí)驗(yàn)改編)如圖是“探究影響通電導(dǎo)體在磁場中受力的因素”的實(shí)驗(yàn)示意圖。三塊相同的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(shí)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下列敘述正確的是()a改變電流方向同時(shí)改變磁場方向，導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向?qū)?huì)改變b僅改變電流方向或者僅改變磁場方向，導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向一定改變c

8、增大電流同時(shí)改變接入導(dǎo)體棒上的細(xì)導(dǎo)線，接通電源時(shí)，導(dǎo)體棒擺動(dòng)幅度一定增大d僅拿掉中間的磁鐵，導(dǎo)體棒擺動(dòng)幅度不變答案b3(人教版選修31p94t1改編)下面的幾個(gè)圖顯示了磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是()abcd答案c4(人教版選修31p94t3改編)如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長mn相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是()abcd答案a 磁場的理解及磁場的疊加1(多選)下列說法正確的是()a磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測定：把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)

9、，受到的磁場力f與該導(dǎo)線的長度l、通過的電流i的乘積的比值b，即磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場力的作用，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零c磁感應(yīng)強(qiáng)度b只是定義式，它的大小取決于場源及磁場中的位置，與f、i、l以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān)d磁場是客觀存在的cda項(xiàng)考查的是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，只有當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)才有b，a錯(cuò)誤；b項(xiàng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場平行時(shí)，不受磁場力，此時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，b錯(cuò)誤；c選項(xiàng)中，b是定義式，磁場強(qiáng)弱取決于場源及磁場中的位置，c正確；磁場與電場一樣，都是客觀存在的，d正確。2.磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，則()aa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等

10、，babbba、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，babb，故a正確，b錯(cuò)誤。3.(多選)(2018全國卷)如圖所示，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線l1、l2，l1中的電流方向向左，l2中的電流方向向上；l1的正上方有a、b兩點(diǎn)，它們相對于l2對稱。整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場中，外磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為b0和b0，方向也垂直于紙面向外。則()a流經(jīng)l1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0b流經(jīng)l1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0c流經(jīng)l2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0d流經(jīng)l2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0ac由

11、對稱性可知，流經(jīng)l1的電流在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等且方向相同，設(shè)為b1，流經(jīng)l2的電流在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等但方向相反，設(shè)其大小為b2，由磁場疊加原理有b0b1b2b0，b0b1b2b0，聯(lián)立解得b1b0，b2b0，所以a、c正確。4.如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說法正確的是()aa、b、c的n極都向紙里轉(zhuǎn)bb的n極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的n極向紙里轉(zhuǎn)cb、c的n極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的n極向紙外轉(zhuǎn)db的n極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的n極向紙外轉(zhuǎn)b由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，等效電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)

12、針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)，磁場中某點(diǎn)的磁場方向即是放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)n極的指向，所以小磁針b的n極向紙外轉(zhuǎn)，a、c的n極向紙里轉(zhuǎn)，故b正確。1安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場四指大拇指2.磁場疊加問題的解題思路(1)確定磁場場源，如通電導(dǎo)線。(2)確定空間中需求解磁場的點(diǎn)，利用安培定則判定各個(gè)場源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場的大小和方向。如圖所示為m、n在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場bm、bn。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成

13、，如圖中的合磁場b。 安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判斷方法1判定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢的方向。2五種常用判定方法電流元法分割為電流元安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法在特殊位置安培力方向運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針，通電螺線管條形磁鐵結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；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轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中

14、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作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向(一題多法)(2019四川成都檢測)一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖所示，如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以由a到b的電流，則關(guān)于導(dǎo)線ab受磁場力后的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是()a從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管b從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管c從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管d從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管思路點(diǎn)撥：直導(dǎo)線所在位置的磁場方向：左半部分磁場方向斜向上；右半部分磁場方向斜向下。d法一：電流元法由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向，導(dǎo)線等效為oa、ob兩電流元，

15、由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向如圖所示，所以從上向下看導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過90時(shí)再用左手定則可判定導(dǎo)線所受磁場力向下，即導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要靠近螺線管，選項(xiàng)d正確。法二：結(jié)論法結(jié)論1：兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，電流方向相同時(shí)相互吸引，電流方向相反時(shí)相互排斥。結(jié)論2：兩電流不平行時(shí)，將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，有轉(zhuǎn)到兩電流相互平行且方向相同的趨勢。通電螺線管上部離導(dǎo)線近，所以只考慮這部分電流與導(dǎo)線的作用，此時(shí)螺線管相當(dāng)于垂直紙面向里的直導(dǎo)線，由結(jié)論2可知導(dǎo)線ab受磁場力后(從上向下看)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管，選項(xiàng)d正確。判斷磁場中導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)趨勢的兩點(diǎn)注意(1)應(yīng)用左手定則判定安培力方向時(shí)，磁感

16、線穿入手心，大拇指一定要與磁感線和電流確定的平面垂直，四指與電流方向一致但不一定與磁感線方向垂直。(2)導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、磁體與磁體之間、磁體與導(dǎo)體之間的作用力和其他作用力一樣具有相互性，滿足牛頓第三定律。1.將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí)，從上往下看()a圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵b圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵c圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵d圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵c該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)垂直于紙面的小磁針，n極在內(nèi)，s極在外，根據(jù)同極相斥、異極相吸，c正確。2(2018浙江11月選考)

17、電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示，兩相距很近的通電平行線圈和，線圈固定，線圈置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時(shí)，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是()a當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，兩線圈電流方向相同b當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，兩線圈電流方向相同c線圈對線圈的作用力大于線圈對線圈的作用力d線圈對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力是一對相互作用力a由安培定則可知當(dāng)兩線圈電流方向相同時(shí)，產(chǎn)生的磁場方向相同，兩線圈互相吸引，則天平示數(shù)為負(fù)，故a正確，b錯(cuò)誤；線圈與線圈之間的作用力為一對作用力與反作用力，兩個(gè)力等大、反向，故c錯(cuò)誤；線圈對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力均作用在線圈上，所以不可能是一對相互作用力

18、，故d錯(cuò)誤。3(多選)某同學(xué)自制的簡易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個(gè)金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內(nèi)，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，該同學(xué)應(yīng)將()a左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉b左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉c左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉d左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉ad裝置平面示意圖如圖所示。如圖所示的狀態(tài)，磁感線方向向上，若形成通路，線圈下邊導(dǎo)線中電流方向向左，受垂直紙面向里的安培力，同理，上邊導(dǎo)線中電流受

19、安培力垂直紙面向外，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈上邊導(dǎo)線轉(zhuǎn)到下邊時(shí)，若仍通路，線圈上、下邊中電流方向與圖示方向相比均反向，受安培力反向，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。若要線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求左、右轉(zhuǎn)軸只能上一側(cè)或下一側(cè)形成通路，另一側(cè)斷路。故選a、d。 安培力大小的計(jì)算與應(yīng)用1安培力大?。篺ilbsin (1)當(dāng)ib時(shí)，fbil。(2)當(dāng)ib時(shí)，f0。注意：當(dāng)導(dǎo)線彎曲時(shí)，l是導(dǎo)線兩端的有效直線長度(如圖所示)。對于任意形狀的閉合線圈，其有效長度均為零，所以通電后在勻強(qiáng)磁場中受到的安培力的矢量和為零。2安培力方向：用左手定則判斷，注意安培力既垂直于b，也垂直于i，即垂直于b與i決定的平面。(一題多變)(2019全國卷)如圖

20、，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()a2fb1.5f c0.5fd0審題指導(dǎo)：解答本題注意以下兩點(diǎn)：(1)導(dǎo)線mln邊的有效長度與導(dǎo)線mn邊相同。(2)導(dǎo)線mln邊等效后的電流方向與導(dǎo)線mn邊相同。b設(shè)三角形邊長為l，通過導(dǎo)體棒mn的電流大小為i，則根據(jù)并聯(lián)電路的規(guī)律可知通過導(dǎo)體棒ml和ln的電流大小為，如圖所示，依題意有fbli，則導(dǎo)體棒ml和ln所受安培力的合力為f1blif，方向與f的方向相同，所以線框lmn受到的安培力大

21、小為1.5f，選項(xiàng)b正確。變式1上例中若mn邊恰在磁場外，如圖所示則線框所受安培力的大小為多少？解析依題意導(dǎo)線ml、ln所受安培力分別為f1f2bil，由力的合成得合力fbilf。答案 f變式2若上例中，題設(shè)條件改為如圖所示情況，邊長為l，質(zhì)量為m的等邊三角形導(dǎo)線框用絕緣細(xì)線懸掛于天花板，導(dǎo)線框中通一逆時(shí)針方向的電流，圖中虛線過ab邊中點(diǎn)和ac邊中點(diǎn)，在虛線的下方有一垂直于導(dǎo)線框向里的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，此時(shí)導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài)，細(xì)線中的拉力為f1；保持其他條件不變，現(xiàn)將虛線下方的磁場移至虛線上方，此時(shí)細(xì)線中拉力為f2。導(dǎo)線框中的電流大小為()a bc da當(dāng)磁場在虛線下方時(shí)，通電導(dǎo)

22、線的等效長度為l，受到的安培力方向豎直向上，故f1bilmg，當(dāng)磁場在虛線上方時(shí)，通電導(dǎo)線的等效長度為l，受到的安培力方向豎直向下，故f2bilmg，聯(lián)立可得i，a正確。變式3若上例中題設(shè)條件改為如圖所示情況，閉合圓環(huán)由一段粗細(xì)均勻的電阻絲做成，圓環(huán)半徑為l，圓心為o，p、q在圓環(huán)上，poq90，圓環(huán)處在垂直于圓面的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b。兩根導(dǎo)線的一端分別連接p、q兩點(diǎn)，另一端分別與直流電源正、負(fù)極相連，已知圓環(huán)的電阻為4r，電源的電動(dòng)勢為e，內(nèi)阻為，則圓環(huán)受到的安培力的大小為()a bc dd優(yōu)弧pq的電阻為3r，劣弧pq的電阻為r，兩部分并聯(lián)在電路中，并聯(lián)的總電阻r并r，電路總

23、電阻rrrr。流過優(yōu)弧pq的電流由p到q，流過劣弧pq的電流由p到q，電流分別為，優(yōu)、劣弧都可以等效為直導(dǎo)線pq，故兩段弧所受安培力為f1bl，f2bl，所以合力為ff1f2，故d正確。(1)安培力作用下的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法是相同的，只不過多了安培力，解題的關(guān)鍵仍是受力分析。(2)視圖轉(zhuǎn)換(降維法)：對于安培力作用下的力學(xué)問題，線框的受力邊及金屬棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上，這時(shí)應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，變立體圖為二維平面圖。(3)在剖面圖中，線框的受力邊及金屬棒可用小圓圈代替，垂直剖面方向的電流可用“”或“”表示，垂直剖面方向的磁場可用“”或“”表示，但垂直剖

24、面方向的力不能用“”或“”表示。安培力的大小和方向1.如圖所示，一導(dǎo)體棒ab靜止在u形鐵芯的兩臂之間，開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒受到的安培力方向()a向上b向下c向左d向右d根據(jù)圖中所示的電流方向，由安培定則知u形鐵芯下端為n極，上端為s極，ab中的電流方向由ab，由左手定則可知導(dǎo)體棒受到的安培力方向向右，選項(xiàng)d正確。2(多選)(2017全國卷)如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線l1、l2和l3兩兩等距，均通有電流i，l1中電流方向與l2中的相同，與l3中的相反。下列說法正確的是()al1所受磁場作用力的方向與l2、l3所在平面垂直bl3所受磁場作用力的方向與l1、l2所在平面垂直cl1、l2和l3單位長

25、度所受的磁場作用力大小之比為11dl1、l2和l3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1bc如圖，由磁場的疊加知，l2與l3中的電流在l1處產(chǎn)生的合磁場的方向在l2、l3連線的中垂線上，由左手定則知，l1所受磁場作用力的方向與l2、l3所在平面平行，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；l1與l2中的電流在l3處產(chǎn)生的合磁場的方向與l1、l2的連線平行，由左手定則知，l3所受磁場作用力的方向與l1、l2所在平面垂直，選項(xiàng)b正確；由幾何關(guān)系知，設(shè)電流在另外導(dǎo)線處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，而l1、l2所在處兩個(gè)磁場方向的夾角均為120，則b合b，而l3所在處兩個(gè)磁場方向的夾角為60，則b合b，由filb知，l1、l2和l3單

26、位長度所受的磁場作用力大小之比為11；選項(xiàng)c正確，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。安培力作用下的平衡問題3.(多選)如圖所示，有兩根長為l，質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)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(dāng)兩細(xì)棒中均通以電流強(qiáng)度為i的同向電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止，則下列關(guān)于b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法正確的是()a方向向上b大小為c要使a仍保持靜止，而減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可使b上移d若使b下移，a將不能保持靜止acd根據(jù)右手定則，可知b在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨Q直向上，a正確；根據(jù)左手定則，可知a受到水平向右

27、的安培力，還受豎直向下的重力，斜面給的支持力，合力為零，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可得bilmg，解得b，b錯(cuò)誤；重力和水平向右的磁場力的合力與支持力平衡，當(dāng)減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則磁場力減小，要使a仍平衡，根據(jù)受力平衡條件，則可使b上移，即b對a的磁場力斜向上，c正確；當(dāng)b豎直向下移動(dòng)，導(dǎo)體棒間的安培力減小，根據(jù)受力平衡條件，當(dāng)a受到的安培力方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只有大小變大才能保持平衡，而安培力在減小，因此不能保持靜止，故d正確。4.如圖所示，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場中；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 t，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣

28、。金屬棒通過開關(guān)與一電動(dòng)勢為12 v的電池相連，電路總電阻為2 。已知開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長量為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。解析依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。開關(guān)斷開時(shí)，兩彈簧各自相對于其原長伸長了l10.5 cm。由胡克定律和力的平衡條件得2kl1mg式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小。開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為fibl式中，i是回路電流，l是金

29、屬棒的長度。兩彈簧各自再伸長了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(l1l2)mgf由歐姆定律有eir式中，e是電池的電動(dòng)勢，r是電路總電阻。聯(lián)立式，并代入題給數(shù)據(jù)得m0.01 kg。答案見解析 安培力做功與動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用安培力和重力、彈力、摩擦力一樣，會(huì)使通電導(dǎo)體在磁場中平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)、加速，也會(huì)涉及做功問題。解答時(shí)一般要用到動(dòng)能定理、能量守恒定律等。(多選)(2020廣東梅州市調(diào)研)如圖所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌，左端通過開關(guān)s與內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢為e的電源相連，右端與半徑為l20 cm的光滑圓弧導(dǎo)軌相接。導(dǎo)軌寬度為20 cm，電阻不計(jì)。導(dǎo)軌所在空間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.5 t。一根導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量m60 g、電阻r1 ，用兩根長也為20 cm的絕緣細(xì)線懸掛，導(dǎo)體棒恰好與導(dǎo)軌接觸。當(dāng)閉合開關(guān)s后，導(dǎo)體棒沿圓弧擺動(dòng)，擺動(dòng)過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且細(xì)線處于張緊狀態(tài)。導(dǎo)體棒ab速度最大時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角53(sin 530.8，cos 530.6，g10 m/s2)，則()a磁場方向一定豎直向上b電源的電動(dòng)勢e8 vc導(dǎo)體棒在擺動(dòng)過程中所受安培力f8 nd導(dǎo)體棒擺動(dòng)過程中的最大動(dòng)能為0.08 jbd由題意知，當(dāng)開關(guān)s閉合時(shí)，導(dǎo)體棒向右擺動(dòng)，說明其所受安培力水平向右，由左手定則可知，磁場方向豎直向下，故a錯(cuò)誤；設(shè)