【物理】2019届一轮复习人教版磁场对通电导线的作用力学案

【物理】2019届一轮复习人教版磁场对通电导线的作用力学案

第36讲　磁场对通电导线的作用力 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向、安培力 Ⅰ、Ⅱ ‎14年 T13—计算，考查导体棒在安培力作用下的共点力平衡 分析综合、‎ 数学运算 ‎15年 T4—选择，考查导体棒在安培力作用下的共点力平衡 理解、推理 知识整合 ‎1．安培力的大小 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 若I∥B时，F＝________；若I⊥B时，F＝________.‎ ‎2．安培力的方向 ‎(1)左手定则来判定安培力的方向：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指________，并且都跟手掌在________，把手放入磁场中，让磁感线________，使伸开的四指指向________的方向，那么，________所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向．‎ ‎(2)安培力的方向总垂直于________所决定的平面，即一定垂直于B和I(F⊥B，F⊥I)，但B与I不一定垂直．‎ ‎3．两平行通电导线间的作用：同向电流相互________，反向电流相互________．‎ 方法技巧考点1　安培力 ‎1．安培力大小 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(1)当I⊥B时，F＝BIL.‎ ‎(2)当I∥B时，F＝0.‎ ‎2．对安培力公式F＝BIL的理解 ‎(1)公式的适用范围：B与L垂直；‎ ‎(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端．因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到安培力的矢量和为零．‎ ‎【典型例题1】　如图所示，一根导线位于磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为(　　)‎ ‎ A．2BIl B．(2＋)BIl ‎ C．(2＋)BIl D．4BIl ‎【典型例题2】　如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度．天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面．当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡．由此可知(　　)‎ ‎ A．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为g ‎ B．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 ‎ C．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为g ‎ D．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 考点2　通电导线在安培力作用下的平衡 和加速运动的分析方法　　1.解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力．‎ ‎2．画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)‎ 是画好受力分析图的关键．‎ ‎3．由于安培力F、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图．‎ ‎4．处理通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的问题的一般步骤．‎ ‎(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析．‎ ‎(2)画出受力平面图．对于空间的立体问题，应利用视图将立体问题转化为平面问题进行分析．通常是将导线看成点，线圈看成一条边．‎ ‎(3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程．‎ ‎【典型例题3】　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MN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R0＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：‎ ‎(1)通过导体棒的电流大小；‎ ‎(2)导体棒受到的安培力大小；‎ ‎(3)导体棒受到的摩擦力．‎ ‎　1.如图所示，用两根细线将一长l、质量为m的通电直导线悬挂，直导线垂直纸面且电流向里，大小为I，加一垂直电流的匀强磁场恰能使细线偏离竖直方向θ处于静止，重力加速度为g.‎ ‎(1)在图上标出所加磁场方向的范围．‎ ‎(2)确定所加磁场磁感应强度最小值及其方向．‎ 考点3　安培力作用下导体运动方向判定的常用方法 电流元法 分割为电流元→左手定则→安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向 特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→运动方向 等效法 环形电流等效为磁针或条形磁铁 通电螺线管等效于多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究 对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 ‎　　【典型例题4】　如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)(　　)‎ ‎ A．顺时针方向转动，同时下降 ‎ B．顺时针方向转动，同时上升 ‎ C．逆时针方向转动，同时下降 ‎ D．逆时针方向转动，同时上升 ‎　2.如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是(　　)‎ ‎ A．线圈向左运动 ‎ B．线圈向右运动 ‎ C．从上往下看顺时针转动 ‎ D．从上往下看逆时针转动 当堂检测　　1.如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到安培力的合力为(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 第1题图 ‎ A．3BIL，方向b→c ‎ B．4BIL，方向b→a ‎ C．7BIL，方向垂直于ac连线斜向上 ‎ D．5BIL，方向垂直于ac连线斜向上 ‎2．如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为F2，且F2＞F1，则铜棒所受安培力大小为(　　)‎ 第2题图 ‎ A．F1＋F2 B．F2－F1‎ ‎ C．2F1＋2F2 D．2F1－F2‎ ‎3．(多选)如图甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．从t＝0时刻起，棒上有如图乙的持续交变电流I、周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向．则金属棒(　　)‎ 甲 乙 第3题图 ‎ A．一直向右移动 ‎ B．速度随时间周期性变化 ‎ C．受到的安培力随时间周期性变化 ‎ D．受到的安培力在一个周期内做正功 ‎4．如图所示，质量为m、长为l的铜棒ab，用长度也为l的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B.未通电时，轻导线静止在竖直方向，通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度为θ，则(　　)‎ 第4题图 ‎ A．棒中电流的方向为b→a ‎ B．棒中电流的大小为 ‎ C．棒中电流的大小为 ‎ D．若只增大轻导线的长度，则θ角变大 ‎5．(15年江苏高考)如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是(　　)‎ 第5题图 ‎　　　　　 A　　　　　　　　　 B ‎　　　　　 C　　　　　　　　　 D 第36讲　磁场对通电导线 的作用力知识整合 基础自测 ‎1．0　BIL ‎2．(1)垂直　同一平面内　垂直穿入手心　电流　大拇指　(2)B、I ‎3．排斥　吸引 方法技巧 ‎·典型例题1·C　【解析】　据题图和几何关系求得AE间的距离为：L等＝(2＋)l.‎ 据安培力公式得F＝BIL等＝(2＋)BIl，故A、B、D错误，C正确．‎ ‎·典型例题2·B　【解析】　因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里．电流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3为线圈质量．电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL.两式联立可得B＝.故选B.‎ ‎·典型例题3·(1)1.5 A　(2)0.30 N ‎(3)0.06 N　方向沿斜面向下　【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：I＝＝ A＝1.5 A；(2)导体棒所受安培力F＝BIl＝0.5×1.5×0.40 N＝0.30 N；‎ ‎(3)因为mgsin37°＝0.24 N

查看更多