高中物理一輪復習課件：8-1磁場及磁場對通電導線的作用

第1講磁場對通電導線的作用(2)------安培力問題一：通電導線處在磁場中，導線一定受安培力么？如何放置才能使導線在磁場中受力最大？安培力的方向怎樣判定？與那些因素有關？復習目標：1、知道什么是安培力，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關問題。2、掌握安培力的計算公式F=BILsinθ，會用公式解答有關問題。磁場對通電導線的作用力稱安培力四、安培力方向---磁場通電導線的作用1、方向：左手定則由左手定則可知：安培力F一定垂直B、I所組成的平面．2、安培力方向特點：【總結】●兩同向電流互相吸引，兩反向電流互相排斥；●螺線管通電后，在軸向上有收縮趨勢，徑向有擴張的趨勢兩導線間的相互作用力？通電后沿軸線方向和半徑方向的力的方向？5、安培力、磁感強度、電流三者方向關系★安培力的方向總垂直于電流和磁感線所確定的平面●已知F和B的方向，當導線的位置確定時，可唯一確定電流I的方向●已知電流I和B的方向，可用左手定則唯一確定F的方向●已知F和I的方向，磁感強度B的方向不能唯一確定I●F四、安培力---磁場通電導線的作用1、方向：左手定則2、大小當B∥L時當B⊥L時3、適用條件F=BILF=0θ勻強磁場中F=BILsinθ通電矩形線框abcd與長直通電導線MN在同一平面內(nèi)，如圖8－1－3所示，ab邊與MN平行．關于MN的磁場對線框的作用力，下列說法正確的是 (

)．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合力方向向左D．線框所受的安培力的合力方向向右圖8－1－36．解析由安培定則可知導線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，再由左手定則判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反．a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd.因ab處的磁場強，cd處的磁場弱，故Fab>Fcd，線框所受合力方向向右．答案

BD

4、安培力的大小特點：★不僅與B、I、L有關，還與放置方式有關，夾角★L是有效長度，不一定是導線實際長度注意：閉合的通電線圈在磁場中的受到的合的磁場力為零如圖8－1－6，一段導線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【典例2】圖8－1－6＝∠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 (

)．解析

ab、bc、cd所受安培力的大小均為F＝BIL，bc邊所受安培力的方向垂直于bc向上，ab、cd邊所受安培力的方向如圖所示，由幾何關系可知ab與cd邊所受安培力方向之間的夾答案

A(2011·黃岡質(zhì)檢)如圖8－1－7所示，用粗細均勻的電阻絲折成平面梯形框架，ab、cd邊均與ad邊成60°角，ab＝bc＝cd＝L，長度為L的電阻絲電阻為r，框架與一電動勢為E，內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感應強度為B的勻強磁場，則框架受到的安培力的合力大小為 (

)．【變式2】圖8－1－7答案

C與安培力有關的力學綜合問題的求解轉換思維法即在物理問題中通過對研究對象、條件、過程等進行合理有效的轉換、以達到使問題簡化、明朗、形成明確的解題思路的目的．從近三年高考試題可以看出“與安培力有關的通電導體在磁場中的加速或平衡問題”已成為高考的熱點，這類問題的求解方法如下：(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維：畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列方程：根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程式進行求解．

規(guī)律方法【典型題】質(zhì)量為m的通電細桿ab置于傾角為θ的平行導軌上，導軌寬度為d，桿ab與導軌間的摩擦因數(shù)為μ．有電流時aB恰好在導軌上靜止，如圖所示，如圖所示是沿ba方向觀察時的四個平面圖，標出了四種不同的勻強磁場方向，其中桿與導軌間摩擦力可能為零的是對A圖:對B圖:對C圖:對D圖:若F安cosθ=mgsinθ,則f=0.若F安=mg,則N=0,f=0.N≠0,f≠0.F安cosθ-mgsinθ=0F安mgNF安mgmgNfmgNfF安F安AB

(2011·上海單科，18)如圖8－1－13所示，質(zhì)量為m、長為L的直導線用兩絕緣細線懸掛于O、O′，并處于勻強磁場中，當導線中通以沿x正方向的電流I，且導線保持靜止時，懸線與豎直方圖8－1－13【典例】向夾角為θ.則磁感應強度方向和大小可能為(

)．

【較難題】如圖所示,電源電動勢E＝2V,r＝0.5Ω,豎直導軌電阻可略,金屬棒的質(zhì)量m＝0.1kg,R=0.5Ω,它與導體軌道的動摩擦因數(shù)μ＝0.4,有效長度為0.2m,靠在導軌的外面,為使金屬棒不下滑,我們施一與紙面夾角為600且與導線垂直向外的磁場,(g=10m/s2)求：（1)此磁場是斜向上還是斜向下？（2）B的范圍是多少？解析:導體棒側面受力圖如圖所示由平衡條件得:B最小時摩擦力沿導軌向上,則有μFN＋BILcos300＝mg,FN=BILsin300

解得B＝2.34T當B最大時摩擦力沿導軌向下，則有BILcos300＝mg＋μFN

FN=BILsin300

解得B=3.75TB的范圍是2.34T–3.75T

規(guī)律方法

規(guī)律方法【練習題】在傾角為θ的斜面上,放置一段通有電流強度為I,為L,質(zhì)量為m的導體棒a,(通電方向垂直紙面向里),如圖所示,棒與斜面間動摩擦因數(shù)μ<tanθ.欲使導體棒靜止在斜面上,應加勻強磁場,磁場應強度B最小值是多少?如果要求導體棒a靜止在斜面上且對斜面無壓力,則所加勻強磁場磁感應強度又如何?α⊕a解析:(1)設當安培力與斜面成α角時B最小,則由平衡條件得：F安mgsinθ＝μFN＋BILcosα,FN=mgcosθ＋BILsinα．解得

∴當α＋β=900時,（2）當FN=0時,則BIL＝mg,∴BIL=mg,由左手定則知B方向水平向左．【6】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場B內(nèi)，下邊一段長為L，它與B垂直。當線圈的導線中通有電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡；然后使電流反向，這時需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達到平衡。求磁感應強度B的大小。B=應用判定安培力作用下導體運動情況的常用方法考點三安培力作用下導體運動情況的判定(小專題)NS解題方法：1）選取一小段電流元2）確定該點的磁場3）應用左手定則判斷其受力4）確定其運動情況方法2：環(huán)形電流等效小磁針或小磁針等效環(huán)形電流【重要】最終

同向吸引【典型題】、兩條直導線相互垂直，如圖所示，但相隔一個小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由轉動，當直流電流按圖示方向通入兩條導線時，CD導線將……（）A、順時針方向轉動，同時靠近導線ABB、順時針方向轉動，同時離開導線ABC、逆時針方向轉動，同時離開導線ABD、逆時針方向轉動，同時靠近導線ABABCDIIA【結論】：兩通電導線有達到電流方向相同，并靠近的趨勢例5：如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，它的正中央上方固定一長直導線，導線與磁鐵垂直．給電線通以垂直紙面向外的電流，則A、磁鐵對桌面壓力增大，要受桌面摩擦力作用B、磁鐵對桌面壓力增大，不受桌面摩擦力作用C、磁鐵對桌面壓力減小，要受桌面摩擦力作用D、磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面摩擦力作用I如果導線不在磁鐵的中心呢？D如圖8－1－8所示，把一通電導線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由移動．當導線通過電流I時，如果只考慮安培力的作用，則從上往下看，導線的運動情況是 (

)．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【典例3】圖8－1－8解析第一步：電流元受力分析法把直線電流等效為OA、OB兩段電流元，蹄形磁鐵磁感線分布以及兩段電流元受安培力方向相反，如圖a所示．可見從上往下看時，導線將逆時針方向轉動．第二步：特殊位置分析法取導線逆時針轉過90°的特殊位置來分析，如圖b所示．根據(jù)左手定則判斷安培力方向向下，故導線在逆時針轉動的同時向下運動．答案

C(2011·江蘇徐州模擬)如圖8－1－9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)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是【變式3】圖8－1－9 (

)．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解析法一電流元法．首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，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．法二等效法．將環(huán)形電流等效成小磁針，如右圖所示，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如圖8－1－10所示條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向里的電流，用F表示【典例4】圖8－1－10磁鐵對桌面的壓力，用f表示桌面對磁鐵的摩擦力，導線中通電后與通電前相比較 (

)．A．F減小，f＝0 B．F減小，f≠0C．F增大，f＝0 D．F增大，f≠0解析

(轉換研究對象法)如圖所示，畫出一條通電電流為I的導線所在處的磁鐵的磁感線，電流I處的磁場方向水平向左，由左手定則知，電流I受安培力方向豎直向上．根據(jù)牛頓第三定律可知，電流對磁鐵的反作用力方向豎直向下，所以磁鐵對桌面壓力增大，而桌面對磁鐵無摩擦力作用，故正確選項為C.答案

C一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極一側吊掛一根與它垂直的導體棒，圖8－1－11中只畫出此棒的截面圖，并標出此棒中的電流是流向紙【變式4】圖8－1－11內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是 (

)．A．磁鐵對桌面的壓力減小B．磁鐵對桌面的壓力增大C．磁鐵受到向右的摩擦力D．磁鐵受到向左的摩擦力解析如圖所示，對導體棒，通電后，由左手定則判斷出導體棒受到斜向左下的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導體棒的作用力應斜向右上，所以在通電的一瞬間，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確．答案

AD如圖8－1－12所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導線的截面，導線中無電流時磁【變式5】圖8－1－12鐵對斜面的壓力為FN1；當導線中有垂直紙面向外的電流時，磁鐵對斜面的壓力為FN2，則下列關于壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是 (

)．A．FN1<FN2，彈簧的伸長量減小B．FN1＝FN2，彈簧的伸長量減小C．FN1>FN