磁場(chǎng)安培力有關(guān)試題

1、1、安培力<1）定義：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫安培力。<2）安培力的大小與導(dǎo)線放置有關(guān)。同一通電導(dǎo)線，按不同方式放在同一磁場(chǎng)中，如圖1、圖2、圖3所示，三種情況下，導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)安培力最大，取為；當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，安培力最小，；其他情況下，。b5E2RGbCAP圖1                          &

2、#160;      圖2                             圖3p1EanqFDPw說(shuō)明：電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力是一定的，方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)方向相同或相反，電流在磁場(chǎng)中某處所受的磁場(chǎng)力<安培力），與電流在磁場(chǎng)中放置的方向有關(guān)。當(dāng)電流方向與磁

3、場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大。DXDiTa9E3d2、安培力的大小與方向：<1）安培力的大小安培力的大小可由FBIL求出<IB），使用此式時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)：導(dǎo)線L所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。L為有效長(zhǎng)度，如圖4所示，半徑為r的半圓形導(dǎo)線與磁場(chǎng)B垂直放置，當(dāng)導(dǎo)線中通以電流I時(shí)，安培力。RTCrpUDGiT<2）安培力的方向左手定則伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)，讓磁感線穿過(guò)手心，讓伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指方向即為安培力方向。5PCzVD7HxA說(shuō)明：不管電流方向與磁場(chǎng)

4、方向是否垂直，安培力方向總垂直于電流方向與磁場(chǎng)方向所在的平面。注意：左手定則判定的是磁場(chǎng)對(duì)電流作用力的方向，而不一定是載流導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向。載流導(dǎo)體是否運(yùn)動(dòng)，要看它所處的具體情況而定。例如：兩端固定的載流導(dǎo)體，即使受磁場(chǎng)力作用，它也不能運(yùn)動(dòng)。jLBHrnAILg<3）兩平行通電直導(dǎo)線的相互作用同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。設(shè)兩導(dǎo)線中都通以向上的同向電流，如圖5所示。根據(jù)安培定則，導(dǎo)線a中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在其右側(cè)都垂直紙面向內(nèi)。這個(gè)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線b的作用力的方向由左手定則可知，在紙面內(nèi)向左。xHAQX74J0X同理，導(dǎo)線b中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在其左側(cè)都垂直紙面向外，它對(duì)導(dǎo)線a的作用力的

5、方向在紙面內(nèi)向右。結(jié)果，兩導(dǎo)線互相吸引。LDAYtRyKfE若其中b導(dǎo)線的電流反向<即兩導(dǎo)線中通以反向電流），則a導(dǎo)線的右邊垂直紙面向內(nèi)的磁場(chǎng)對(duì)b導(dǎo)線的作用力的方向在紙面內(nèi)向右；同理b導(dǎo)線的左邊垂直紙面向內(nèi)的磁場(chǎng)對(duì)a導(dǎo)線的作用的方向在紙面內(nèi)向左。結(jié)果，兩導(dǎo)線互相排斥，如圖6所示。Zzz6ZB2Ltk3、判斷安培力作用下物體的運(yùn)動(dòng)方向的常規(guī)方法：<1）電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向。dvzfvkwMI1<2）特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受

6、安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)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(lái)分析。rqyn14ZNXI<4）利用結(jié)論法：兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且方向相同的趨勢(shì)，利用這些結(jié)論分析，可事半功倍。4、安培力作用下的物體平衡：<1）有安培力參與的物體平衡，此平衡與前面所講的物體平衡一樣，也是利用物體平等條件解題，其中安培力是眾多受力中的一個(gè)。EmxvxOtOco<2）與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目。主要應(yīng)用：全電路歐

7、姆定律；安培力求解公式FBIL；物體平衡條件。<3）在安培力作用下的物體平衡的解題步驟和前面我們學(xué)習(xí)的共點(diǎn)力平衡相似，一般也是先進(jìn)行受力分析，再根據(jù)共點(diǎn)力平衡的條件列出平衡方程。其中重要的是在受力分析過(guò)程中不要漏掉了安培力。SixE2yXPq5安培力作為通電導(dǎo)線所受的外力參與受力分析，產(chǎn)生了通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的平衡、加速及做功問(wèn)題，這類問(wèn)題與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系很緊，解題時(shí)，把安培力等同于重力、彈力、摩擦力等性質(zhì)力；對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，注意安培力大小和方向的確定；求解時(shí)注意運(yùn)用力學(xué)中靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及功和能等有關(guān)知識(shí)解此類題可以有效地培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，必須引起重視。6ewMyirQFL 

8、【典型例題】問(wèn)題1. 對(duì)于安培力計(jì)算式的深層理解：例1. 如圖7，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力。kavU42VRUs圖7解讀：本題考查對(duì)安培力大小計(jì)算公式的正確理解，為磁場(chǎng)在垂直導(dǎo)線電流方向的分量，B為有效磁場(chǎng)，或者，其中為垂直于磁場(chǎng)方向的有效長(zhǎng)度。y6v3ALoS89A圖中，這時(shí)不能死記公式，而寫成，要理解公式本質(zhì)是有效長(zhǎng)度或有效磁場(chǎng)，正確分解。B圖中，BI，不論導(dǎo)線再怎么放，也在紙平面內(nèi)，故。C圖是兩根導(dǎo)線組成的折線abc，整體受力實(shí)質(zhì)上是兩部分直導(dǎo)線分別受力的矢量和，其有效長(zhǎng)度為ac<即從ac的電流）。故。M2ub6v

9、STnP同理，從ab的半圓形電流，分析圓弧上對(duì)稱的每一小段電流，受力抵消合并后，其有效長(zhǎng)度為ab，。所以，可以推廣到任意形狀的導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力計(jì)算。若在D圖中，用導(dǎo)線將ab接通形成閉合線圈，則ab弧受力與ba直徑電流受力方向剛好相反，故合力為零。所以，閉合的通電線圈受安培力為零。E圖中，。0YujCfmUCw 變式：通電的三角形閉合線框處在與其表面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖8所示，則線框所受安培力為 ( A >圖8A. 零B. 方向垂直ab邊向外C. 方向垂直bc邊向外D. 條件不充分，無(wú)法求解答案：A 問(wèn)題2. 通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向的判斷問(wèn)題：例

10、2. 兩條直導(dǎo)線互相垂直，如圖9<甲）所示，但相隔一個(gè)小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)直流電流按圖9<乙）所示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，CD導(dǎo)線將<    ）。eUts8ZQVRd圖9A. 不動(dòng)B. 順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線ABC. 順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線ABD. 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線ABE. 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB答案：E 變式1：如右圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在磁鐵右上方固定一根與磁鐵垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線。當(dāng)導(dǎo)線中通以由外向內(nèi)的電流時(shí)<   A）。sQ

11、sAEJkW5TA. 磁鐵受到向左的摩擦力，磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B. 磁鐵受到向右的摩擦力，且對(duì)桌面的壓力減小C. 磁鐵受到向左的摩擦力，且對(duì)桌面的壓力增大D. 磁鐵不受摩擦力，對(duì)桌面的壓力不變答案：A 把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用細(xì)線掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈中心，且在線圈平面內(nèi)，如圖2所示，當(dāng)線圈通過(guò)如圖2所示方向的電流時(shí)，線圈將< C）A.不動(dòng)B.發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵C.發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開磁鐵D.不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只靠近磁鐵E.不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只遠(yuǎn)離磁鐵GMsIasNXkA問(wèn)題3. 安培力作用下的物體的平衡、極值及瞬時(shí)問(wèn)題。例3. 如右圖所示，通電直導(dǎo)線ab質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l水平地放置

12、在傾角為的光滑斜面下，通過(guò)圖示方向的電流，電流強(qiáng)度為I，要求導(dǎo)線ab靜止在斜面上。TIrRGchYzg<1）若磁場(chǎng)的方向豎直向上，則磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大？<2）若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則磁感應(yīng)強(qiáng)度如何？解讀：本題的關(guān)鍵是分析導(dǎo)線的受力情況，那么怎樣將立體情形轉(zhuǎn)化為平面情形？<1）若磁場(chǎng)方向豎直向上，從a向b觀察，導(dǎo)線受力情況如右圖13所示。由平衡條件得：在水平方向上；在豎直方向上，其中FBIL。聯(lián)立可解得：。<2）若要求磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則一方面應(yīng)使磁場(chǎng)方向與通電導(dǎo)線垂直，同時(shí)另一方面調(diào)整磁場(chǎng)方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小。7EqZcWLZNX如右圖由力的矢量三角形

13、討論可知，當(dāng)安培力方向與支持力垂直時(shí)，安培力最小，對(duì)應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，設(shè)其值為，則：lzq7IGf02E根據(jù)左手定則判定知，該磁場(chǎng)方向垂直斜面向上。變式1：<2006年廣東）如右圖所示，在傾角為的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確的是<  A  ）。zvpgeqJ1hkA. ，方向垂直斜面向上B. ，方向垂直斜面向下C. ，方向垂直斜面向下D. ，方向垂直斜面向上答案：A變式2：如圖16所示，導(dǎo)體AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，處在磁

14、感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線垂直紙面向外，AB擱在水平支架上成為電路的一部分，當(dāng)接通電路瞬間，AB彈跳起來(lái)，則導(dǎo)體AB中的電流方向如何？若已知通電瞬間通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量值為Q，則在S閉合過(guò)程中，電流對(duì)導(dǎo)體做功至少應(yīng)為多少？NrpoJac3v1圖16解讀：由安培力方向應(yīng)豎直向上，據(jù)左手定則判斷出AB中瞬間電流方向從B至A。電流做功將一部分電能轉(zhuǎn)換成導(dǎo)體的動(dòng)能，另一部分電能將消耗在導(dǎo)體因存在電阻而產(chǎn)生的熱量中。據(jù)題中條件可知，電流對(duì)導(dǎo)體做功至少為：1nowfTG4KI通電瞬間，對(duì)AB導(dǎo)體根據(jù)動(dòng)量定理有：。而因時(shí)間極短，跟安培力比較起來(lái)重力可忽略不計(jì)，所以有：則 1、下列說(shuō)法中正確的

15、是<    ）。A. 磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測(cè)定：把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受到磁場(chǎng)力F與該導(dǎo)線的長(zhǎng)度L、通過(guò)的電流I乘積的比值即fjnFLDa5ZoB. 通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場(chǎng)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)度只是定義式，它的大小取決于場(chǎng)源以及磁場(chǎng)中的位置，與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的方向無(wú)關(guān)tfnNhnE6e5D. 通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向就是磁場(chǎng)的方向2、如圖1所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度，天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈。寬度為l，共N匝，線圈下端懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I<方向如圖1

16、）時(shí)，在天平左右兩邊加上質(zhì)量各為的砝碼，天平平衡，當(dāng)電流反向<大小不變）時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，由此可知<    ）。HbmVN777sLA. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為B. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為C. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為D. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為3、關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向與磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流的方向之間的關(guān)系。下述說(shuō)法正確的是<   B）。V7l4jRB8HsA. F、B、I三者總是互相垂直的B. F總與B和I垂直，但B

17、、I之間可以不垂直C. B總與F和I垂直，但F、I之間可以不垂直D. I總與F和B垂直，但F、B之間可以不垂直4、如圖2所示，兩個(gè)同樣的通電導(dǎo)線環(huán)同軸平行，相隔一小段距離懸掛，當(dāng)同時(shí)給兩導(dǎo)線環(huán)通以同向電流時(shí)，兩導(dǎo)線環(huán)將<    ）。83lcPA59W9A. 吸引                B. 排斥         &

18、#160;      C. 保持靜止         D. 邊吸引邊轉(zhuǎn)動(dòng)mZkklkzaaP5、通電矩形導(dǎo)線框abcd與無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖3所示，ab邊與MN平行，關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用，下列敘述正確的是<   C）。AVktR43bpwA. 線框有兩條邊所受的安培力方向相同B. 線框有兩條邊所受的安培力大小相同C. 線框所受安培力的合力朝左D. 線框所受安培力的合力朝右6、一個(gè)可自由運(yùn)動(dòng)的線圈和一

19、個(gè)固定的線圈互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈都通過(guò)如圖4所示方向的電流時(shí)，則從左向右看，線圈將<    ）。ORjBnOwcEdA. 不動(dòng)                                  &

20、#160;         B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)2MiJTy0dTTC. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)                                  D. 向紙外平動(dòng)7、如圖5所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng)，可以<    ）。gIiSpiue7AA. 將a、c端接在電源正極，b、