高考物理三轮冲刺导学案磁场对通电导线的作用含解析

高考物理三轮冲刺导学案磁场对通电导线的作用含解析

三轮冲刺导学案----磁场对通电导线的作用 考点剖析 ‎1．方向的判断（掌握左手定则）：如图所示，伸开左手，磁感线穿过手心（不一定是垂直穿过）四指指向电流方向，大拇指指向通电导线的受力方向，也就是说B和I的方向一定与F垂直，但是B与I的方向可能不是垂直的。‎ ‎2．安培力的大小：F=BILsin θ，其中θ为B与I的夹角。‎ ‎3．安培力作用下的物体平衡问题：在力学受力分析的基础上加上安培力的受力。‎ 典例精析 ‎1、某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示，其中正确的是 ‎【答案】D ‎【解析】由左手定则可知，A中所受的安培力方向向下；B中所受的安培力方向垂直磁场斜向上；C中导线不受安培力；D中导线所受安培力是正确的；故选D。‎ ‎2、在倾角θ=30°的斜面上，固定一金属框，宽l=0.25 m，接入电动势E=12 V、内阻不计的电池。垂直框面放置一根质量m=0.2 kg的金属棒ab，它与框架间的动摩擦因数μ=，整个装置放在磁感应强度B=0.8 T、垂直框面向上的匀强磁场中，如图所示。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？（框架与金属棒的电阻不计，g取10 m/s2） ‎ ‎【答案】1.4 ~8.0 Ω ‎【解析】金属棒受到四个力作用：重力mg、垂直框面向上的支持力FN、沿框面向上的安培力F安及沿框面的静摩擦力Ff。金属棒静止在框架上时，静摩擦力Ff的方向可能沿框面向上，也可能沿框面向下，需分两种情况考虑：‎ ‎（i）当滑动变阻器R取值较大时，I较小，安培力F安较小，在金属棒重力分量mgsin θ作用下金属棒有沿框面下滑的趋势，金属棒所受静摩擦力Ff沿框面向上，受力情况如图所示。此时金属棒刚好不下滑，满足平衡条件：‎ 解得 ‎（ii）当滑动变阻器R取值较小时，I较大，安培力F安较大，会使金属棒产生上滑的趋势，因此金属棒所受静摩擦力Ff沿框面向下，如图所示。此时金属棒刚好不上滑，满足平衡条件：‎ 解得 指导：求解磁场中导体棒受力问题的方法 ‎①正确地对导体棒进行受力分析，应特别注意通电导体棒受到的安培力的方向，安培力与导体棒和磁感应强度组成的平面垂直。‎ ‎②画出辅助图（如导轨﹑斜面等），并标明辅助方向（磁感应强度B、电流I的方向）。‎ ‎③将立体的受力分析图转化为平面受力分析图，即画出与导体棒垂直的平面内的受力分析图。‎ 对点训练 ‎1．在赤道上空有一直导线水平放置，导线内通以由西向东的电流，则此导线 A．受到竖直向上的安培力 ‎ B．受到竖直向下的安培力 C．受到由南向北的安培力 D．受到由西向东的安培力 ‎【答案】A ‎【解析】赤道上空地磁场的方向由南向北，根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向北穿过手心，则手心朝南，四指指向电流方向，由西向东，拇指指向安培力方向：竖直向上，故选A。‎ ‎2．如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里，B=1 T的匀强磁场中，CO间距离为10 cm，当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为 A．电流方向C→O，电流大小为1A B．电流方向O→C，电流大小为2A ‎ C．电流方向O→C，电流大小为1A D．电流方向C→O，电流大小为2A ‎【答案】B ‎【解析】由通电导线所受的安培力F=BIL知，；由左手定则判断，电流方向O→C，故选项ACD错误，B正确；故选B。‎ ‎3．如图所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架，、边均与成角，，长度为L的电阻丝电阻为，框架与一电动势为E，内阻为的电源相连接，垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场，则框架受到的安培力的合力大小为 A．0 B． C． D．‎ ‎【答案】C ‎【解析】根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，如图所示。电路上的电阻为，由几何关系得，段的长度为，所以上的电阻为，并联部分的总电阻为：，电路中的总电流： ，路端电压：，上的电流：，上各段的安培力：，上的安培力：，各段受到的力中， 和在左右方向的分量大小相等，方向相反，相互抵消，所以线框受到的合外力：，故C正确， ABD错误。‎ ‎4、如图甲所示，电流恒定的通电直导线MN，垂直平放在两条相互平行的水平光滑长导轨上，电流方向由M指向N，在两轨间存在着竖直磁场，取垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向，当t＝0时导线恰好静止，若B按如图乙所示的余弦规律变化，下列说法正确的是( )‎ A．在最初的一个周期内，导线在导轨上往复运动 B．在最初的一个周期内，导线一直向左运动 C．在最初的半个周期内，导线的加速度先增大后减小 D．在最初的半个周期内，导线的速度先增大后减小 ‎8．AD 当t＝0时，由左手定则可知，MN受到向右的安培力，根据F安＝BLI，由于B最大，故此时的安培力最大，则MN的加速度最大，随着时间的延长，磁感应强度B减小，故加速度减小，而MN的速度在增大，当B＝0时，加速度为0，速度最大，当B反向时，安培力也会反向，则加速度也反向，MN做减速运动，到半个周期时，MN速度减小到0，此时的加速度反向最大，然后MN再反向运动，到一个周期时MN又回到原出发的位置，故在最初的一个周期内，导线在导轨上往复运动，故选项A正确，B错误；在最初的半个周期内，导线的加速度先减小后反向增大，而其速度则是先增大后减小，故选项C错误，D正确．‎ ‎5、如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源。现把一个质量m=0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R =2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s 2。已知sin 37°=0.60，cos 37°=0.80，求：‎ ‎（1）导体棒受到的安培力大小；‎ ‎（2）导体棒受到的摩擦力；‎ ‎（3）若只把匀强磁场B的方向改为竖直向上、大小改为1.0 T，动摩擦因数为μ=0.2，其他条件都不变，导体棒将如何运动？ ‎ ‎【答案】（1） （2） （3）金属棒不受摩擦力 ‎【解析】（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：‎ 导体棒受到的安培力 ‎ ‎（2）导体棒所受重力沿斜面向下的分力 由于小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力 根据共点力平衡条件，，解得 ‎（3）匀强磁场B的方向改为竖直向上时，安培力水平向右，将其沿导轨所在平面与垂直导轨所在平面分解，可得 而重力的下滑分力，‎ 金属棒受摩擦力为 ‎ 有牛顿第二定律得导体棒将做初速度为零，加速度为5.5 m/s2的匀加速直线运动