XX省專用學(xué)年高中物理第三章磁場第節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到力講義含解析新人教選修

XX省專用學(xué)年高中物理第三章磁場第節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中遇到的力講義含分析新人教版選修XX省專用學(xué)年高中物理第三章磁場第節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中遇到的力講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第三章磁場第節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中遇到的力講義含分析新人教版選修第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中遇到的力1.磁場對通電導(dǎo)線的作使勁稱為安培力，安培力的方向由左手定章判斷。2．安培力的大小為：F＝ILB，當(dāng)磁感覺強(qiáng)度與導(dǎo)線方向成θ角時，F(xiàn)＝ILBsinθ。3．磁電式電流表的工作原理利用了安培力與電流的關(guān)系，所測電流越大時，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度越大，依據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向可知電流的方向。一、安培力的方向1．安培力：通電導(dǎo)線在磁場中受的力。2．左手定章：張開左手，使拇指與其他四個手指垂直，而且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時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。3．安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I所決定的平面。二、安培力的大小1．垂直于磁場B擱置、長為L的通電導(dǎo)線，當(dāng)經(jīng)過的電流為I時，所受安培力為F＝ILB。2．當(dāng)磁感覺強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，公式F＝ILBsin_θ。三、磁電式電流表1．原理安培力與電流的關(guān)系。2．結(jié)構(gòu)磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴。以以下圖。3．特色兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場方向平行，進(jìn)而使表盤刻度平均。4．工作原理以以下圖是線圈在磁場中受力的表示圖。當(dāng)電流經(jīng)過線圈時，導(dǎo)線遇到安培力的作用，由左手定章知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動，經(jīng)過轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，抗?fàn)幘€圈的轉(zhuǎn)動，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，因此，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷經(jīng)過電流的大小。線圈中的電流方向改變時，安培力的方向跟著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也跟著改變。因此，依據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。5．優(yōu)弊端長處是敏捷度高，可以測出很弱的電流；弊端是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，贊成經(jīng)過的電流很弱。1．自主思慮——判一判(1)安培力的方向與磁感覺強(qiáng)度的方向相同。(×)(2)安培力的方向與磁感覺強(qiáng)度的方向垂直。(√)(3)應(yīng)用左手定章時，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向。(√)(4)通電導(dǎo)線在磁場中不用然受安培力。(√)(5)一通電導(dǎo)線放在磁場中某處不受安培力，該處的磁感覺強(qiáng)度不用然是零。(√)(6)若磁場必然，導(dǎo)線的長度和電流也必然的狀況下，導(dǎo)線平行于磁場時，安培力最大，垂直于磁場時，安培力最小。(×)2．合作研究——議一議(1)以以下圖，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會經(jīng)過磁場發(fā)生相互作用，在什么狀況下兩條直導(dǎo)線相互吸引，什么狀況下兩條直導(dǎo)線相互排擠？提示：每一條通電直導(dǎo)線均處在另向來導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場中，依據(jù)安培定章可判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場的方向，再依據(jù)左手定章可判斷出每一條通電直導(dǎo)線所受的安培力，由此可知，同向電流相互吸引，反向電流相互排擠。(2)在磁場越強(qiáng)的地方通電導(dǎo)體遇到的安培力必然越大嗎？提示：不用然，通電導(dǎo)體受安培力的大小與B、I、L及θ相關(guān)，當(dāng)θ＝0°(B∥I)時，不論B怎樣總有F＝0。利用左手定章判斷安培力的方向1．安培力方向的特色(1)當(dāng)電流方向跟磁場方向垂直時，安培力的方向、磁場方向和電流方向兩兩相互垂直。應(yīng)用左手定章判斷時，磁感線從掌心垂直進(jìn)入，拇指、其他四指和磁感線三者兩兩垂直。(2)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流方向，也垂直于磁場方向。應(yīng)用左手定章判斷時，拇指與四指、拇指與磁感線均垂直，但磁感線與四指不垂直。2．安培定章與左手定章比較理解安培定章左手定章用途判斷電流產(chǎn)生的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向因果關(guān)系電流是因，磁場是果電流和磁場都是因，安培力是果結(jié)論判斷安培力的方向不是用安培定章，而是用左手定章1．一根簡單形變的彈性導(dǎo)線，兩頭固定。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，描繪導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的選項是()分析：選D依據(jù)左手定章可判斷出A圖中導(dǎo)線所受安培力為零，B圖中導(dǎo)線所受安培力垂直紙面向里，C、D圖中導(dǎo)線所受安培力向右，由導(dǎo)線受力此后的曲折方向與受力方向的關(guān)系可知，D圖正確。2．在赤道上空，水平擱置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A．遇到豎直向上的安培力B．遇到豎直向下的安培力C．遇到由南向北的安培力D．遇到由西向東的安培力分析：選A赤道上空的地磁場方向是由南向北的，電流方向由西向東，畫出此處磁場和電流的方向圖以以下圖，由左手定章可判斷出導(dǎo)線遇到的安培力的方向是豎直向上的，選項A正確。3．[多項選擇]以以下圖，F(xiàn)是磁場對通電直導(dǎo)線的作使勁，此中正確的表示圖是()分析：選AD由左手定章可判斷，選項B中安培力的方向向左，選項C中安培力的方向向下；選項A、D中安培力的方向如題圖所示，選項A、D是正確的。安培力大小的分析與計算1．同一通電導(dǎo)線，按不一樣樣方式放在同一磁場中，受力狀況不一樣樣，以以下圖。(1)如圖甲，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直，此時安培力最大，F(xiàn)＝ILB。(2)如圖乙，通電導(dǎo)線與磁場方向平行，此時安培力最小，F(xiàn)＝0。(3)如圖丙，通電導(dǎo)線與磁場方向成θ角，此時可以分解磁感覺強(qiáng)度，如圖丁所示，于是有安培力大小為F＝ILBsinθ，這是一般狀況下安培力的表達(dá)式。2．對安培力的幾點(diǎn)說明(1)F＝ILBsinθ合用于勻強(qiáng)磁場中的通電直導(dǎo)線，求曲折導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受安培力時，L為有效長度，即導(dǎo)線兩頭點(diǎn)所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向尾端，以以下圖。(2)相同狀況下，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，它所受的安培力最大；導(dǎo)線與磁場方向平行時，它不受安培力；導(dǎo)線與磁場方向斜交時，它所受的安培力介于0和最大值之間。(3)在非勻強(qiáng)磁場中，只需通電直導(dǎo)線L所在地點(diǎn)的各點(diǎn)B矢量相等(包含大小和方向)，則導(dǎo)線所受安培力也能用上述公式計算。(4)當(dāng)電流同時遇到幾個安培力時，則電流所受的安培力為這幾個安培力的矢量和。[典例]如圖，由平均的電阻絲構(gòu)成的等邊三角形導(dǎo)體框，垂直勻強(qiáng)磁場擱置，將AB兩點(diǎn)接入電壓恒定的電源兩頭，通電時，線框遇到的安培力為1.2N，若將ACB邊移走，則余下線框遇到的安培力大小為()A．0.6NB．0.8NC．1.2ND．1.6N[分析]依據(jù)左手定章判斷出各段遇到的安培力的方向，以以下圖，令電源電壓為U，ABC等邊三角形的電阻為3R，曲線ACB上產(chǎn)生的安培力協(xié)力豎直向上，與AB邊遇到的安培力方向相同，并聯(lián)后總電阻為：eq\f(2R,3)，依據(jù)歐姆定律，并聯(lián)電路的總電流為：I1＝eq\f(U,2R/3)＝eq\f(3U,2R)，則安培力為：F＝BI1L＝eq\f(3BUL,2R)＝1.2N，將ACB邊移走，余下線框遇到的安培力大小為：F′＝BI2L＝eq\f(BUL,R)，比較可得F′＝0.8N。故B正確。[答案]B1．長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流方向與磁場方向以以下圖，已知磁感覺強(qiáng)度為B，對于以下各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計算正確的選項是()分析：選AA圖中，導(dǎo)線不睦磁場垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上，故F＝BILcosθ，A正確；B圖中，導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，B錯誤；C圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，C錯誤；D圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，D錯誤。2．以以下圖，一段導(dǎo)線abcd位于磁感覺強(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∠abc＝∠bcd＝135°。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所遇到的磁場的作使勁的協(xié)力()A．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)＋1)ILBB．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)－1)ILBC．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)＋1)ILBD．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)－1)ILB分析：選A導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識知Lad＝(eq\r(2)＋1)L，故線段abcd所受的協(xié)力大小F＝ILadB＝(eq\r(2)＋1)ILB，導(dǎo)線有效長度的電流方向為a→d，據(jù)左手定章可以確立導(dǎo)線所受協(xié)力方向豎直向上，應(yīng)選A。安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的判斷1．判斷導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動狀況的常例思路(1)不論是電流仍是磁體，對通電導(dǎo)線的作用都是經(jīng)過磁場來實現(xiàn)的，因此必然要清楚導(dǎo)線所在地點(diǎn)的磁場散布狀況。(2)聯(lián)合左手定章正確判斷導(dǎo)線所受安培力的方向。(3)由導(dǎo)體的受力狀況判斷導(dǎo)體的運(yùn)動方向。2．分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動狀況的幾種常用方法電流元法把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定章判斷每段電流元所受安培力的方向，此后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，進(jìn)而確立導(dǎo)線運(yùn)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(反過來等效也建立)，此后依據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特別地點(diǎn)法經(jīng)過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特別地點(diǎn)，判斷其所受安培力的方向，進(jìn)而確立其運(yùn)動方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨向，同向電流相互吸引，反向電流相互排擠；不平行的兩直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨向變換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下怎樣運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，此后由牛頓第三定律，確立磁體所受電流磁場的反作使勁，進(jìn)而確立磁體所受協(xié)力及其運(yùn)動方向1．用兩根細(xì)線把兩個完滿相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來，讓兩者等高平行擱置，以以下圖，當(dāng)兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時，則有()A．兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引B．兩導(dǎo)線環(huán)相互排擠C．兩導(dǎo)線環(huán)無相互作使勁D．兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排擠分析：選A通電的導(dǎo)線環(huán)四周可以產(chǎn)生磁場，磁場的基天性質(zhì)是對放入此中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。因為導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同，兩者同地點(diǎn)處的電流方向完滿相同，相當(dāng)于通入同向電流的直導(dǎo)線，據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律，判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引，故A正確。2.直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離，直導(dǎo)線固定，線圈可以自由運(yùn)動。當(dāng)經(jīng)過以以下圖的電流時(同時通電)，從左向右看，線圈將()A．順時針轉(zhuǎn)動，同時湊近直導(dǎo)線ABB．順時針轉(zhuǎn)動，同時走開直導(dǎo)線ABC．逆時針轉(zhuǎn)動，同時湊近直導(dǎo)線ABD．不動分析：選C先用安培定章判斷出AB導(dǎo)線右邊的磁場向里，因此，環(huán)形電流內(nèi)側(cè)受力向下、外側(cè)受力向上，從左向右看應(yīng)逆時針方向轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到與AB共面時，AB與環(huán)左邊吸引，與環(huán)右邊排擠，因為左邊離AB較近，則引力大于斥力，因此環(huán)湊近導(dǎo)線AB，應(yīng)選項C正確。3.以以下圖，把一重力不計的通電直導(dǎo)線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以在空間自由運(yùn)動，當(dāng)導(dǎo)線通以圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運(yùn)動狀況是(從上往下看)()A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時降落B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上漲C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時降落D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上漲分析：選C以以下圖，將導(dǎo)線AB分紅左、中、右三部分。中間一段開始時電流方向與磁場方向一致，不受力；左端一段所在處的磁場方向斜向上，依據(jù)左手定章其受力方向向外；右端一段所在處的磁場方向斜向下，受力方向向里。當(dāng)轉(zhuǎn)過必然角度時，中間一段電流不再與磁場方向平行，由左手定章可知其受力方向向下，因此從上往下看導(dǎo)線將一邊逆時針方向轉(zhuǎn)動，一邊向下運(yùn)動，C選項正確。安培力作用下導(dǎo)體的均衡問題[典例]以以下圖，在傾角θ＝30°的斜面上固定一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距離l＝0.25m，兩導(dǎo)軌間接有滑動變阻器R和電動勢E＝12V、內(nèi)阻不計的電池。垂直導(dǎo)軌放有一根質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r(3),6)。整個裝置放在垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感覺強(qiáng)度B＝0.8T。當(dāng)調(diào)理滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上？導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計，g取10m/s2。[思路點(diǎn)撥][分析]當(dāng)滑動變阻器R接入電路的阻值較大時，I較小，安培力F較小，金屬棒在重力沿斜面的分力mgsinθ作用下有沿斜面下滑的趨向，導(dǎo)軌對金屬棒的摩擦力沿斜面向上(以以下圖)。金屬棒恰巧不下滑時有Beq\f(E,R)l＋μmgcosθ－mgsinθ＝0解得R＝eq\f(BEl,mgsinθ－μcosθ)＝4.8Ω當(dāng)滑動變阻器R接入電路的阻值較小時，I較大，安培力F較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿斜面上滑的趨向，此時導(dǎo)軌對金屬棒的摩擦力沿斜面向下(以以下圖)。金屬棒恰巧不上滑時有Beq\f(E,R)l－μmgcosθ－mgsinθ＝0解得R＝eq\f(BEl,mgsinθ＋μcosθ)＝1.6Ω因此，滑動變阻器R接入電路的阻值范圍應(yīng)為1.6Ω≤R≤4.8Ω。[答案]1.6Ω≤R≤4.8Ω(1)必然先將立體圖變換為平面圖，此后對物體進(jìn)行受力分析，要注意安培力方向確實定，最后依據(jù)均衡條件或物體的運(yùn)動狀態(tài)列出方程。(2)注意靜摩擦力可以有不一樣樣的方向，因此求解結(jié)果是一個范圍。1．以以下圖，一根質(zhì)量為m的金屬棒AC，用軟線懸掛在磁感覺強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，通入A→C方向的電流時，懸線張力不為零，欲使懸線張力為零，可以采納的方法是()A．不改變電流和磁場方向，適合減小電流B．不改變磁場和電流方向，適合增大磁感覺強(qiáng)度C．只改變電流方向，并適合增添電流D．只改變電流方向，并適合減小電流分析：選B不改變電流和磁場方向，適合減小電流，可減小安培力，不可以使懸線張力為零，故A錯誤。不改變磁場和電流方向，金屬棒所受的安培力方向仍向上，適合增大磁感覺強(qiáng)度，安培力增大，懸線張力可減小到零，因此B正確。只改變電流方向，金屬棒所受安培力方向向下，懸線張力必然不為零，故C、D錯誤。2．以以下圖，金屬棒MN兩頭由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，棒中通以由M向N的電流，均衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ。假如僅改變以下某一個條件，θ角的相應(yīng)變化狀況是()A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D．磁感覺強(qiáng)度變大，θ角變小分析：選A金屬棒受力以以下圖，tanθ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(BIL,mg)；棒中電流I變大，θ角變大，兩懸線等長變短，θ角不變，金屬棒質(zhì)量變大，θ角變小，磁感覺強(qiáng)度變大，θ角變大，故A正確。1．一條勁度系數(shù)較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時，彈簧將()A．保持原長B．縮短C．伸長D．不可以確立分析：選B彈簧通電時，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。2．對于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力，以下說法正確的選項是()A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向老是垂直于磁場的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角沒關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小必然變成本來的一半分析：選B依據(jù)左手定章可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場B確立的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場B的方向時，直導(dǎo)線遇到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場B的方向時，直導(dǎo)線遇到的安培力最大，可見，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角相關(guān)，C錯誤；以以下圖，電流I和磁場B垂直，直導(dǎo)線遇到的安培力F＝BIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線遇到的安培力，電流I和磁場B垂直，依據(jù)平行四邊形定章可得，導(dǎo)線遇到的安培力的協(xié)力為F′＝eq\f(\r(2),2)BIL，D錯誤。3．以以下圖四種狀況中，勻強(qiáng)磁場磁感覺強(qiáng)度大小相等，載流導(dǎo)體長度相同，經(jīng)過的電流也相同，導(dǎo)體遇到的磁場力最大，且方向沿著紙面的狀況是()A．甲、乙B．甲、丙C．乙、丁D．乙、丙分析：選C對于甲圖，磁場力F＝BILcos30°，方向垂直紙面向里；對于乙圖，磁場力F＝BIL，方向沿紙面向下；對于丙圖，磁場力F＝0；對于丁圖，磁場力F＝BIL，方向垂直導(dǎo)體沿紙面斜向上，因此，答案為C。4.以以下圖，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，磁感覺強(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)線遇到的安培力大小和方向(平行于紙面)為()A．BIl豎直向下B．BIl豎直向上C．2BIl豎直向下D．2BIl豎直向上分析：選B導(dǎo)線在磁場內(nèi)有效長度為2lsin30°＝l，故該V形通電導(dǎo)線遇到安培力大小為F＝BI2lsin30°＝BIl，由左手定章可得方向豎直向上，則選項B正確。5．長為L的通電直導(dǎo)線放在傾角為θ的圓滑斜面上，并處在磁感覺強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以以下圖，當(dāng)B方向豎直向上，電流為I1時導(dǎo)體處于均衡狀態(tài)；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時導(dǎo)體處于均衡狀態(tài)，電流比值I1∶I2應(yīng)為()A．cosθB.eq\f(1,cosθ)C．sinθD.eq\f(1,sinθ)分析：選B若磁場方向豎直向上，則安培力沿水平方向，由均衡條件可得：mgtanθ＝BI1L；若磁場方向垂直于斜面向上，則安培力沿斜面向上。由均衡條件可得：mgsinθ＝BI2L，則I1∶I2＝1∶cosθ，故B正確。6．如圖是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場平均輻向散布，線圈中a、b兩條導(dǎo)線長均為L，通以圖示方向的電流I，兩條導(dǎo)線所在處的磁感覺強(qiáng)度大小均為B，則()A．該磁場是勻強(qiáng)磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動D．線圈將順時針轉(zhuǎn)動分析：選D該磁場顯然不是勻強(qiáng)磁場，勻強(qiáng)磁場應(yīng)當(dāng)是一系列平行的磁感線，方向相同，故A錯誤；由題圖可知，線圈平面總與磁場方向平行，故B錯誤；由左手定章可知，a導(dǎo)線遇到的安培力向上，b導(dǎo)線遇到的安培力向下，故線圈順時針旋轉(zhuǎn)，故C錯誤D正確。7．以以下圖，在傾角為α的圓滑斜面上，垂直紙面擱置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。當(dāng)導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，可將導(dǎo)體棒置于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場的磁感覺強(qiáng)度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時針轉(zhuǎn)至水平向左的過程中，對于B的大小的變化，說法正確的選項是()A．漸漸增大B．漸漸減小C．先減小后增大D．先增大后減小分析：選C導(dǎo)體棒受三個力的作用，安培力F的大小變化從圖中即可看出是先減小后增大，由F＝BIL知，B的大小應(yīng)是先減小后增大，只有C項正確。8．以以下圖為電流天平，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為L，處于勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁感覺強(qiáng)度大小為B，方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中經(jīng)過方向以以下圖的電流I時，調(diào)理砝碼使兩臂達(dá)到均衡，此后使電流反向，大小不變，這時為使天平兩臂再達(dá)到新的均衡，則需()A．在天平右盤中增添質(zhì)量m＝eq\f(nBIL,g)的砝碼B．在天平右盤中增添質(zhì)量m＝eq\f(2nBIL,g)的砝碼C．在天平左盤中增添質(zhì)量m＝eq\f(nBIL,g)的砝碼D．在天平左盤中增添質(zhì)量m＝eq\f(2nBIL,g)的砝碼分析：選D開始時底邊所受的安培力方向豎直向上，電流反向后，安培力的方向變成豎直向下，相當(dāng)于右邊多了兩個安培力的重量，即：mg＝2FA，解得FA＝eq\f(1,2)mg，因為：FA＝nBIL，解得：m＝eq\f(2nBIL,g)，要從頭均衡，需要在天平左盤中增添質(zhì)量為m＝eq\f(2nBIL,g)的砝碼，D正確。9．[多項選擇]以以下圖，質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，有電流時ab恰幸虧導(dǎo)軌上靜止，下邊各圖是沿ba方向察看時的四個平面圖，標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場方向，此中桿ab與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的是()分析：選AB經(jīng)過左手定章判斷桿所受的安培力。若A圖中桿遇到的重力、垂直斜面向上的支持力、水平向右的安培力的協(xié)力可以為零，可以不受摩擦力，故A正確；若B圖中桿遇到的重力與豎直向上的安培力相等時，不受摩擦力，故B正確；C圖中桿受重力、豎直向下的安培力，要想處于均衡狀態(tài)，必然受垂直斜面向上的支持力及沿導(dǎo)軌向上的摩擦力作用，故C錯誤；D圖中桿受重力、水平向左的安培力，要想處于均衡狀態(tài)，必然遇到垂直斜面向上的支持力及沿導(dǎo)軌向上的摩擦力，故D錯誤。10.以以下圖，兩根間距為d的平行圓滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ＝30°。金屬桿ab垂直導(dǎo)軌擱置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸優(yōu)秀。整個裝置處于磁感覺強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上時，金屬桿ab恰巧處于靜止?fàn)顟B(tài)。要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動，可以采納的舉措是()A．增大磁感覺強(qiáng)度BB．調(diào)理滑動變阻器使電流減小C．增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θD．將電源的正負(fù)極對換，使金屬桿中的電流方向改變分析：選A對金屬桿進(jìn)行受力分析，沿導(dǎo)軌方向，有BId－mgsinθ＝0，要使金屬桿向上運(yùn)動，則應(yīng)增大BId，選項A正確，B錯誤；若增大θ，則mgsinθ增大，選項C錯誤；若電流反向，則金屬桿遇到的安培力反向，選項D錯誤。11．(2015·全國卷Ⅰ)如圖，一長為10cm的金屬棒ab用兩個完滿相同的彈簧水平川懸掛在勻強(qiáng)磁場中；磁場的磁感覺強(qiáng)度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒經(jīng)過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)從頭均衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時比較均改變了0.3cm。重力加快度大小取10m/s2。判斷開封閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。分析：依題意，開封閉合后，電流方向從b到a，由左手定章可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。開關(guān)斷開時，兩彈簧各自有對于其原長伸長了Δl1＝0.5cm。由胡克定律和力的均衡條件得2kΔl1＝mg①式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加快度的大小。開封閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝IBL②式中，I是回路電流，L是金屬棒的長度。兩彈簧各自再伸長了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的均衡條件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③由歐姆定律有E＝IR④式中，E是電池的電動勢，R是電路總電阻。聯(lián)立①②③④式，并代入題給數(shù)據(jù)得m＝0.01kg。⑤答案：安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01kg12．以以下圖，在傾角為37°的圓滑斜面上有一根長為0.4m，質(zhì)量為6×10－2kg的通電直導(dǎo)線，電流I＝1A，方向垂直紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感覺強(qiáng)度每秒增添0.4T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t＝0，B＝0，則需要多長時間斜面對導(dǎo)線的支持力為零？分析：斜面對導(dǎo)線的支持力為零時導(dǎo)線的受力以以下圖：由均衡條件得：水平方向上有：FTcos37°＝F豎直方向上有：FTsin37°＝mg兩式聯(lián)立解得：F＝eq\f(mg,tan37°)＝eq\f(6×10－2×10,0.75)N＝0.8N由F＝BIL得：B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(0.8,1×0.4)T＝2T由題意知，B與t的變化關(guān)系為：B＝0.4t代入數(shù)據(jù)得：t＝5s。答案：5s安培力的大小和方向1．對于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向，磁場B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系，以下說法正確的選項是()A．F、B、I三者必然保持相互垂直B．F必然垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C．B必然垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必然垂直F、B，但F、B可以不相互垂直分析：選B安培力F老是與磁場B方向和電流I方向決定的平面垂直，但B與I(即導(dǎo)線)可以垂直，也可以不垂直，通電導(dǎo)線受安培力時，力F與磁場及力F與導(dǎo)線都是垂直的，故A、C、D均錯，B正確。2.以以下圖，直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線擱置在螺線管的上方，假如直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動，且通以從a到b的電流，則導(dǎo)線ab受磁場力后的運(yùn)動狀況()A．從上向下看，順時針轉(zhuǎn)動并湊近螺線管B．從上向下看，順時針轉(zhuǎn)動并遠(yuǎn)離螺線管C．從上向下看，逆時針轉(zhuǎn)動并遠(yuǎn)離螺線管D．從上向下看，逆時針轉(zhuǎn)動并湊近螺線管分析：選D通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向在其內(nèi)部為從右向左，外面為從左向右。通電直導(dǎo)線左邊所處的磁場方向斜向上，右邊導(dǎo)線所處的磁場方向斜向下，則由左手定章可知，直導(dǎo)線左邊受力方向向外，直導(dǎo)線右邊受力方向向里，故從上向下看為逆時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)過90°時，由左手定章可得直導(dǎo)線受力向下，故D選項正確。3．以以下圖，兩個圓形線圈P和Q，懸掛在圓滑絕緣桿上，通以方向相同的電流，若I1＞I2，P、Q遇到安培力大小分別為F1、F2，則P和Q()A．相互吸引，F(xiàn)1＞F2B．相互排擠，F(xiàn)1＞F2C．相互排擠，F(xiàn)1＝F2D．相互吸引，F(xiàn)1＝F2分析：選D兩個圓形線圈，電流同向，依據(jù)同向電流相互吸引，異向電流相互排擠，知兩線圈相互吸引。依據(jù)牛頓第三定律知，線圈P對線圈Q的力和線圈Q對線圈P的力大小相等，方向相反，故D正確。4.[多項選擇]通電矩形線框abcd與長直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，以以下圖，ab邊與MN平行。對于MN產(chǎn)生的磁場對線框的作使勁，以下說法正確的選項是()A．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等C．線框所受的安培力的協(xié)力方向向左D．線框所受的安培力的協(xié)力方向向右分析：選BD由安培定章可知導(dǎo)線MN在線框地方產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，再由左手定章判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反。ab邊遇到向右的安培力Fab，cd邊遇到向左的安培力Fcd，因為ab所處的磁場較強(qiáng)，cd所處的磁場較弱，故Fab＞Fcd，線框所受協(xié)力方向向右。選項B、D正確。5.在同一平面內(nèi)有四根相互絕緣的通電直導(dǎo)線，以以下圖，四根導(dǎo)線中的電流I4＝I3＞I2＞I1。要使O點(diǎn)的磁場加強(qiáng)，則應(yīng)切斷哪一根導(dǎo)線中的電流()A．I1B．I2C．I3D．I4分析：選D依據(jù)安培定章可知I1、I2、I3、I4在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向分別為垂直于紙面向里、向里、向里、向外，又I3＝I4，故切斷I4可使O點(diǎn)的磁場加強(qiáng)，選項D正確。6.以以下圖，一重為G1的通電圓環(huán)置于水平桌面上，圓環(huán)中電流方向為順時針方向(從上往下看)，在圓環(huán)的正上方用輕繩懸掛一條形磁鐵，磁鐵的中心軸線經(jīng)過圓環(huán)中心，磁鐵的上端為N極，下端為S極，磁鐵自己的重力為G2。則對于圓環(huán)對桌面的壓力F和磁鐵對輕繩的拉力F′的大小，以下關(guān)系中正確的選項是()A．F>G1，F(xiàn)′>G2B．F<G1，F(xiàn)′>G2C．F<G1，F(xiàn)′<G2D．F>G1，F(xiàn)′<G2分析：選D順時針方向的環(huán)形電流可以等效為一個豎直擱置的小磁針，由安培定章可知，“小磁針”的N極向下，S極向上，故與磁鐵之間的相互作使勁為斥力，因此圓環(huán)對桌面的壓力F將大于圓環(huán)的重力G1，磁鐵對輕繩的拉力F′將小于磁鐵的重力G2，選項D正確。7．已知長沙市里地磁場的磁感覺強(qiáng)度B約為4.0×10－5T，其水平重量約為3.0×10－5T；若市里一高層建筑安裝了高50m的豎直金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)過避雷針的上方時，經(jīng)避雷針開始放電，電流方向自上而下，大小為1.0×105A，此時金屬桿遇到地磁場對它的安培力方向和大小分別為()A．方向向西，大小約為150NB．方向向西，大小約為200NC．方向向東，大小約為150ND．方向向東，大小約為200N分析：選C當(dāng)帶有正電的烏云經(jīng)避雷針放電時，放電電流方向沿避雷針向下，若面向北方而立，則空間水平磁場均為“×”，則右方為東方，左方為西方向，如圖，由左手定章判斷可知金屬桿所受安培力的方向向東，大小為F＝BIL＝3.0×10－5×1×105×50N＝150N，故C正確。8.兩條直導(dǎo)線相互垂直，以以下圖，但相隔一個小距離，此中一條AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)直流電流按以以下圖方向通入兩條導(dǎo)線時，CD導(dǎo)線將()A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時湊近導(dǎo)線ABB．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時走開導(dǎo)線ABC．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時走開導(dǎo)線ABD．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時湊近導(dǎo)線AB分析：選D依據(jù)電流方向相同時導(dǎo)線相互吸引，相反時則排擠，可知CD導(dǎo)線將逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時湊近導(dǎo)線AB，因此D正確。9．[多項選擇]以以下圖，直導(dǎo)線處于足夠大的磁場中，與磁感線成θ＝30°角，導(dǎo)線中經(jīng)過的電流為I，為了增大導(dǎo)線所受的安培力，可采納的方法是()A．增大電流IB．增添直導(dǎo)線的長度C．使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)30°角D．使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)45°角分析：選AB由公式F＝BIL，當(dāng)增大電流時，可增大通電導(dǎo)線所受的磁場力，故A正確；由公式F＝BIL，當(dāng)增添直導(dǎo)線的長度時，可增大通電導(dǎo)線所受的磁場力，故B正確；當(dāng)使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)30°時，導(dǎo)線沿磁場方向投影長度為零，則所受磁場力為零，故C錯誤；當(dāng)使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)45°時，導(dǎo)線沿磁場方向投影長度縮短，則所