（江蘇專版）2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第36講 磁場對通電導(dǎo)線的作用力講義_1

1、（江蘇專版）2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第36講 磁場對通電導(dǎo)線的作用力講義第36講磁場對通電導(dǎo)線的作用力考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向、安培力、14年T13計算，考查導(dǎo)體棒在安培力作用下的共點(diǎn)力平衡分析綜合、數(shù)學(xué)運(yùn)算15年T4選擇，考查導(dǎo)體棒在安培力作用下的共點(diǎn)力平衡理解、推理知識整合1安培力的大小若IB時，F(xiàn)_；若IB時，F(xiàn)_.2安培力的方向(1)左手定則來判定安培力的方向：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指_，并且都跟手掌在_，把手放入磁場中，讓磁感線_，使伸開的四指指向_的方向，那么，_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向(2)安培力

2、的方向總垂直于_所決定的平面，即一定垂直于B和I(FB，F(xiàn)I)，但B與I不一定垂直3兩平行通電導(dǎo)線間的作用：同向電流相互_，反向電流相互_方法技巧考點(diǎn)1安培力1安培力大小(1)當(dāng)IB時，F(xiàn)BIL.(2)當(dāng)IB時，F(xiàn)0.2對安培力公式FBIL的理解(1)公式的適用范圍：B與L垂直；(2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度；如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端因此任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，受到安培力的矢量和為零【典型例題1】如圖所示，一根導(dǎo)線位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，其中ABBCCDDEl，且C12

3、0、BD150.現(xiàn)給這根導(dǎo)線通入由A至E的恒定電流I，則導(dǎo)線受到磁場作用的合力大小為()A2BIlB(2)BIlC(2)BIlD4BIl【典型例題2】如圖所示的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度天平的右臂下面掛一個矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于紙面當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重新平衡由此可知()A磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為gB磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為C磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為gD磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為

4、考點(diǎn)2通電導(dǎo)線在安培力作用下的平衡和加速運(yùn)動的分析方法1.解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題，關(guān)鍵是受力分析，只不過比純力學(xué)中的平衡問題要多考慮一個安培力2畫好輔助圖(如斜面)，標(biāo)明輔助方向(如B的方向、I的方向等)是畫好受力分析圖的關(guān)鍵3由于安培力F、電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向之間涉及三維空間，所以在受力分析時要善于把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖4處理通電導(dǎo)線在安培力作用下的平衡和加速運(yùn)動的問題的一般步驟(1)確定研究對象，對研究對象進(jìn)行受力分析(2)畫出受力平面圖對于空間的立體問題，應(yīng)利用視圖將立體問題轉(zhuǎn)化為平面問題進(jìn)行分析通常是將導(dǎo)線看成點(diǎn)，線圈看成一條邊(3)依據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程【典

5、型例題3】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離l0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.50T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5V、內(nèi)阻r0.50的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040kg的導(dǎo)體棒MN放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R02.5，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10m/s2.已知sin370.60，cos370.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流大??；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力1.如圖所示，用兩根細(xì)線將一長l、質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)

6、線懸掛，直導(dǎo)線垂直紙面且電流向里，大小為I，加一垂直電流的勻強(qiáng)磁場恰能使細(xì)線偏離豎直方向處于靜止，重力加速度為g.(1)在圖上標(biāo)出所加磁場方向的范圍(2)確定所加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值及其方向考點(diǎn)3安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向判定的常用方法電流元法分割為電流元左手定則安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運(yùn)動方向特殊位置法在特殊位置安培力方向運(yùn)動方向等效法環(huán)形電流等效為磁針或條形磁鐵通電螺線管等效于多個環(huán)形電流結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的

7、安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向【典型例題4】如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運(yùn)動情況是(從上往下看)()A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升2.如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)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(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動情況是()A線圈向左運(yùn)動B線圈向右運(yùn)動C從上往下看順時針轉(zhuǎn)動D從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動當(dāng)堂檢測1.如圖所示，直角形導(dǎo)線a

8、bc通以恒定電流I，兩段導(dǎo)線的長度分別為3L和4L，導(dǎo)線處于垂直于導(dǎo)線平面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，則導(dǎo)線受到安培力的合力為()第1題圖A3BIL，方向bcB4BIL，方向baC7BIL，方向垂直于ac連線斜向上D5BIL，方向垂直于ac連線斜向上2如圖所示，兩根絕緣細(xì)線吊著一根銅棒，空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，棒中通有向右的電流時兩線上拉力大小均為F1，若棒中電流大小不變方向相反，兩線上的拉力大小均為F2，且F2F1，則銅棒所受安培力大小為()第2題圖AF1F2BF2F1C2F12F2D2F1F23(多選)如圖甲所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感

9、應(yīng)強(qiáng)度為B.垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒從t0時刻起，棒上有如圖乙的持續(xù)交變電流I、周期為T，最大值為Im，圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较騽t金屬棒()甲乙第3題圖A一直向右移動B速度隨時間周期性變化C受到的安培力隨時間周期性變化D受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功4如圖所示，質(zhì)量為m、長為l的銅棒ab，用長度也為l的兩根輕導(dǎo)線水平懸吊在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.未通電時，輕導(dǎo)線靜止在豎直方向，通入恒定電流后，棒向外偏轉(zhuǎn)的最大角度為，則()第4題圖A棒中電流的方向?yàn)閎aB棒中電流的大小為C棒中電流的大小為D若只增大輕導(dǎo)線的長度，則角變大5(15年江蘇高考)如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁

10、場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)，若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是()第5題圖ABCD第36講磁場對通電導(dǎo)線的作用力知識整合基礎(chǔ)自測10BIL2(1)垂直同一平面內(nèi)垂直穿入手心電流大拇指(2)B、I3排斥吸引方法技巧典型例題1C【解析】據(jù)題圖和幾何關(guān)系求得AE間的距離為：L等(2)l.據(jù)安培力公式得FBIL等(2)BIl，故A、B、D錯誤，C正確典型例題2B【解析】因?yàn)殡娏鞣聪驎r，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場方向垂直于紙面向里電流反向前，有m

11、1gm2gm3gNBIL，其中m3為線圈質(zhì)量電流反向后，有m1gm2gm3gmgNBIL.兩式聯(lián)立可得B.故選B.典型例題3(1)1.5A(2)0.30N(3)0.06N方向沿斜面向下【解析】(1)導(dǎo)體棒、金屬導(dǎo)軌和直流電源構(gòu)成閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有：IA1.5A；(2)導(dǎo)體棒所受安培力FBIl0.51.50.40N0.30N；(3)因?yàn)閙gsin370.24N<BIl0.3N，所以以導(dǎo)體棒MN為研究對象，畫出從N向M看的受力側(cè)視圖，如圖由平衡條件得：mgsin37FfBIl解得：Ff0.06N，方向沿斜面向下變式訓(xùn)練1(1)磁場方向在如圖1所示COD內(nèi)(圖中虛線OD方向不可取

12、)(2)Bminmgsin/Il方向平行于細(xì)線斜向上【解析】(1)通電直導(dǎo)線受重力，安培力以及可能受細(xì)線彈力，根據(jù)平衡條件，通電直導(dǎo)線受安培力在圖1所示AOB范圍內(nèi)(圖中虛線OB方向不可取)，與之對應(yīng)的磁場方向則在圖1所示COD范圍內(nèi)(圖中虛線OD方向不可取)(2)根據(jù)FBIl可得，BF/Il題中I、l為定值，故當(dāng)安培力最小時磁感應(yīng)強(qiáng)度亦最小，此時通電直導(dǎo)線受力如圖2所示，安培力垂直與懸線，根據(jù)平衡條件可得：FminmgsinBminIl即可推導(dǎo)得出Bminmgsin/Il，與之對應(yīng)的磁場方向則平行于細(xì)線斜向上如圖2中所示圖1圖2典型例題4A【解析】電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO、OO

13、、OB三段(OO段極短)電流元，由于OO段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視)特殊位置法：把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運(yùn)動綜上所述，選項(xiàng)A正確變式訓(xùn)練2A【解析】將條形磁鐵左邊的通電線圈等效為小磁針，根據(jù)安培定則可知等效小磁針右邊是N極，左邊是S極，所以與條形磁鐵相互吸引，故線圈向左運(yùn)動，選項(xiàng)A正確當(dāng)堂檢測1D【解析

14、】導(dǎo)線受到安培力的合力相當(dāng)于直線ac受到的安培力，由左手定則可知，安培力的方向垂直于ac連線斜向上導(dǎo)線在磁場內(nèi)有效長度為：5L，故該通電導(dǎo)線受到安培力大小為F5BIL，選項(xiàng)D正確2B【解析】設(shè)銅棒的重力為G，所受安培力的大小為F，則由平衡條件得：2F1GF當(dāng)電流反向時，安培力變?yōu)樨Q直向下，此時同樣根據(jù)銅棒受力平衡有：2F2GF由和可得：FF2F1，則B正確3ABC【解析】根據(jù)左手定則知，導(dǎo)體棒開始所受的安培力方向水平向右，根據(jù)FBIL知，安培力在第一個內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動，在第二個內(nèi)，安培力方向水平向左，大小不變，做勻減速直線運(yùn)動，根據(jù)運(yùn)動的對稱性知，一個周期末速度為零，金屬棒的速度方向未變知金屬棒一直向右移動，先向右做勻加速直線運(yùn)動，再向右做勻減速運(yùn)動，速度隨時間周期性變化故A、B正確；因?yàn)殡娏髦芷谛宰兓?，則安培力也周期性變化故C正確；在一個周期內(nèi)，動能的變化量為零，則安培力在一個周期內(nèi)做功為零故D錯誤4C【解析】通入恒定電流后，棒向