2020年高中物理(人教选修3-1)课时作业:第3章-第4节-通电导线在磁场中受到的力.docx
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1、第4节通电导线在磁场中受到的力1磁场对电流的作用力,称为安培力安培力方向的判定用左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向2.通电导线在磁场中所受安培力的大小与磁感应强度大小、电流大小、导线长度、以及电流I与B的夹角有关,当通电导线与磁感线垂直时,即电流方向与磁感线方向垂直时,所受的安培力最大FILB.当通电导线与磁感线不垂直时,如图1所示,电流方向与磁感线方向成角,通电导线所受的安培力为FIBLsin_.当通电导线与磁感线平行时,所受安培力为0. 图13磁电式电流
2、表:主要构件有蹄形磁铁、圆柱形铁芯、铝框、线圈、转轴、螺旋弹簧、指针、接线柱其工作原理为:当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用由左手定则可以推断,线圈左右两边所受的安培力方向相反,所以架在轴上的线圈就要转动线圈转动时,螺旋弹簧变形,抵制线圈的转动,电流越大,安培力就越大,线圈偏转的角度越大,所以从线圈偏转的角度就能推断通过的电流大小;线圈中的电流方向转变时,安培力的方向随之转变,指针的偏转方向也随之转变4下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是()答案C5关于通电导线所受安培力F的方向,磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系,下列说法正确的是()AF、B、I三者必需保持相
3、互垂直BF必需垂直B、I,但B、I可以不相互垂直CB必需垂直F、I,但F、I可以不相互垂直DI必需垂直F、B,但F、B可以不相互垂直答案B解析安培力F总是与磁感应强度B和电流I打算的平面垂直,但B与I(即导线)可以垂直,也可以不垂直,通电导线受安培力时,力F与磁场及力F与导线都是垂直的,故A、C、D均错,B正确6将长度为20 cm,通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图2所示,已知磁感应强度大小为1 T,试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向图2答案(1)0(2)0.02 N,安培力方向垂直导线水平向右(3)0.02 N,安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上解析由左
4、手定则和安培力的计算公式得:(1)因导线与磁感线平行,所以导线所受安培力为零;(2)由左手定则知:安培力方向垂直导线水平向右,大小F2BIL10.10.2 N0.02 N;(3)安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上,大小F3BIL0.02 N.【概念规律练】学问点一安培力的方向1把一小段通电直导线放入磁场中,导线受到安培力的作用,关于安培力的方向,下列说法中正确的是()A安培力的方向确定跟磁感应强度的方向相同B安培力的方向确定跟磁感应强度的方向垂直,但不愿定跟电流方向垂直C安培力的方向确定跟电流方向垂直,但不愿定跟磁感应强度方向垂直D安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直,又跟电流方向垂直答案D解析
5、安培力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于电流方向,即垂直于磁场与电流打算的平面但电流方向与磁场方向不愿定垂直2画出图3中导线棒ab所受的磁场力方向()图3答案ab棒所受的磁场力方向如下图所示先画出侧视图,再用左手定则判定点评安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所打算的平面,在推断时首先确定磁场与电流所确定的平面,从而推断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再依据左手定则推断出安培力的具体方向学问点二安培力的大小3一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线,放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中,受到磁场力的大小可能是()A0.4 N B0.2 NC0.1 N D0 N答案BCD解析据安培力的定
6、义,当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时,磁场力有最大值为FBIL0.520.2 N0.2 N当两方向平行时,磁场力有最小值为0 N随着二者方向夹角的不同,磁场力大小可能在0.2 N与0 N之间取值4. 将长为1 m的导线ac,从中点b折成如图4所示外形,放入B0.08 T的匀强磁场中,abc平面与磁场垂直,若在导线abc中通入25 A的直流电,则整根导线所受安培力大小为多少?图4答案 N解析通电导线受力的有效长度为首尾相接的直线段Lac2Lcos 30 m,故导线所受安培力的大小为FILacB250.08 N N点评计算安培力大小时,要留意理解和机敏应用公式FILB和FILBsin .(1)
7、公式FILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时,F最大,FILB;当B与I平行时,F0.(2)当磁场和电流成角时,如右图所示将磁感应强度B正交分解成BBsin 和BBcos ,而B对电流是没有作用的所以FBILBIL sin ,即FBILsin .【方法技巧练】一、安培力作用下物体运动方向的判定方法5. 如图5所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动状况是(从上往下看)()图5A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,同时上升答案A解析(1)电流元法:把直线电流等
8、效为AO、OB两段电流,由左手定则可以推断出AO段受力方向垂直纸面对外,OB段受力方向垂直纸面对内,因此,从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动(2)特殊位置法:用导线转过90的特殊位置来分析,依据左手定则判得安培力的方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动方法总结判定安培力作用下物体的运动方向有以下几种方法:电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元,运用左手定则推断出每小段电流元所受安培力的方向,从而推断出整段电流所受合力的方向,最终确定运动方向特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再推断所受安培力的方向,从而确定运动方向等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁条形磁铁也
9、可等效成环形电流或通电螺线管通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析利用结论法a两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;b两电流不平行时,有转动到相互平行且方向相同的趋势,利用这些结论分析,可事半功倍6如图6所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极四周,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面当线圈内通入图中所示方向的电流后,推断线圈如何运动图6答案线圈将向磁铁运动解析此问题可以用等效分析法来分析将题图中的环形电流依据安培定则可等效为一个小磁针,如下图甲所示,所以磁铁和线圈相互吸引,线圈将向磁铁运动我们还可以将题图中的条形磁铁等效为环形电流,依据安培定则,其等效环
10、形电流方向如下图乙所示由同向平行电流相互吸引可知,磁铁和线圈相互吸引,线圈将向磁铁运动二、安培力作用下物体平衡问题的处理方法7. 质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成角斜向下,如图7所示,求MN所受的支持力和摩擦力的大小图7答案ILBcos mgILBsin 解析导体棒MN处于平衡状态,留意题中磁场方向与MN是垂直的,作出其侧视图,对MN进行受力分析,如图所示由平衡条件有:FfFsin ,FNFcos mg,其中FILB解得:FNILBcos mg,FfILBsin .8.如图8所示,在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨
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