2013屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 專題 第八章 磁場 學(xué)案40 磁場對(duì)電流的作用

1、學(xué)案40 磁場對(duì)電流的作用一、概念規(guī)律題組1把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場中，導(dǎo)線受到安培力的作用，關(guān)于安培力的方向，下列說法中正確的是()A安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，但不一定跟電流方向垂直C安培力的方向一定跟電流方向垂直，但不一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直D安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，又跟電流方向垂直2(2010·蘇北高二教學(xué)質(zhì)量聯(lián)合調(diào)研)下面的幾個(gè)圖顯示了磁場對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是()3關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是()AF、B、I三者必須保持相互垂直BF

2、必須垂直B、I，但B、I可以不相互垂直CB必須垂直F、I，但F、I可以不相互垂直DI必須垂直F、B，但F、B可以不相互垂直4一根長為0.2 m、電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，受到磁場力的大小可能是()A0.4 N B0.2 N C0.1 N D0 N二、思想方法題組5.圖1一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣，垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合當(dāng)兩線圈都通過如圖1所示方向的電流時(shí)，則從左向右看，線圈L1將()A不動(dòng)B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D向紙外平動(dòng)6.圖2質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN靜止于寬度為L的水平導(dǎo)軌上，通過MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

3、B，方向與導(dǎo)軌平面成角斜向下，如圖2所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小一、安培力大小的計(jì)算及其方向的判斷1安培力大小(1)當(dāng)IB時(shí)，F(xiàn)BIL(2)當(dāng)IB時(shí)，F(xiàn)0注意：(1)當(dāng)導(dǎo)線彎曲時(shí)，L是導(dǎo)線兩端的有效直線長度(如圖3所示)圖3(2)對(duì)于任意形狀的閉合線圈，其有效長度均為零，所以通電后在勻強(qiáng)磁場中受到的安培力的矢量和為零2安培力方向：用左手定則判斷，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B與I決定的平面【例1】 (2009·全國·鄂·湘·贛·陜·17)圖4如圖4所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁

4、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abcbcd135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力()A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILBC方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILB規(guī)范思維【例2】圖5 (2011·新課標(biāo)·18)電磁軌道炮工作原理如圖5所示待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的

5、大小與I成正比通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是()A只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B只將電流I增加至原來的2倍C只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變規(guī)范思維二、安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判定電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向特殊位置法通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁

6、鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，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(dòng)方向【例3】圖6 如圖6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，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動(dòng)？規(guī)范思維三、安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題1解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題，關(guān)鍵

7、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(gè)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、電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向之間涉及到三維空間，所以在受力分析時(shí)要善于把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖【例4】 (2010·泉州模擬)圖7如圖7所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角37°，在導(dǎo)軌所在的平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.50 T、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(dòng)勢(shì)E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好

8、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(jì)，g取10 m/s2.已知sin 37°0.60，cos 37°0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力規(guī)范思維【基礎(chǔ)演練】1(2009·海南卷·2)一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是()2.圖8(2011·霸州模擬)如圖8所示，abcd四邊

9、形閉合線框，a、b、c三點(diǎn)坐標(biāo)分別為(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整個(gè)空間處于沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場中，通入電流I，方向如圖所示，關(guān)于四邊形的四條邊所受到的安培力的大小，下列敘述中正確的是()Aab邊與bc邊受到的安培力大小相等Bcd邊受到的安培力最大Ccd邊與ad邊受到的安培力大小相等Dad邊不受安培力作用3(2009·重慶理綜·19)在如圖9所示電路中，電池均相同，當(dāng)電鍵S分別置于a、b兩處時(shí)，導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小為Fa、Fb，可判斷這兩段導(dǎo)線()圖9A相互吸引，F(xiàn)a>Fb B相互排斥，F(xiàn)a>FbC相互吸引，F(xiàn)a<Fb D

10、相互排斥，F(xiàn)a<Fb4.圖10(廣東高考)如圖10所示，用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN，電流I方向從M到N，繩子的拉力均為F.為使F0，可能達(dá)到要求的方法的是()A加水平向右的磁場 B加水平向左的磁場C加垂直紙面向里的磁場 D加垂直紙面向外的磁場5.圖11(2010·上海模擬)如圖11所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有兩根豎直放置的平行導(dǎo)軌AB、CD，導(dǎo)軌上放有質(zhì)量為m的金屬棒MN，棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，現(xiàn)從t0時(shí)刻起，給棒通以圖示方向的電流，且電流強(qiáng)度與時(shí)間成正比，即Ikt，其中k為恒量若金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直，則如圖所示的導(dǎo)體棒所受的摩擦力隨時(shí)間變化的四幅圖

11、中，正確的是()6.圖12(2011·杭州質(zhì)檢)如圖12所示，兩根間距為d的垂直光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角30°.金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中當(dāng)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上時(shí)，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài)要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，可以采取的措施是()A增大磁感應(yīng)強(qiáng)度BB調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流減小C增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角D將電源正負(fù)極對(duì)調(diào)使金屬桿中的電流方向改變【能力提升】圖137如圖13所示，有兩根長為L、質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)體棒a、b，a被水平放置在傾角為45°的光滑斜面上，b被水平固定在與

12、a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它們之間的距離為x.當(dāng)兩細(xì)棒中均通以電流強(qiáng)度為I的同向電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止，則b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法錯(cuò)誤的是()A方向向上B大小為C要使a仍能保持靜止，而減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可使b上移D若使b下移，a將不能保持靜止圖148(2010·上海楊浦期末)如圖14所示，金屬桿MN水平固定于線圈上方，桿的兩端接有導(dǎo)線，并與線圈軸線處于同一豎直平面內(nèi)現(xiàn)將四個(gè)接線柱a、b和c、d分別與直流電源的正、負(fù)極相接，下列說法中正確的是()AMN將受到平行于紙面豎直向上或向下的安培力B將a、d接電源的正極，b、c接電源的負(fù)極，MN將

13、受到垂直于紙面向外的安培力C將a、d接電源的負(fù)極，b、c接電源的正極，MN將受到垂直于紙面向外的安培力D將a、c接電源的負(fù)極，b、d接電源的正極，MN將受到垂直于紙面向外的安培力題號(hào)12345678答案9.圖15如圖15所示，在傾角為37°的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6×102 kg的通電直導(dǎo)線，電流強(qiáng)度I1 A，方向垂直于紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中設(shè)t0時(shí)，B0，則需要多長時(shí)間，斜面對(duì)導(dǎo)線的支持力為零？(g取10 m/s2)10.圖16水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的

14、寬度為L，M和P之間接入電動(dòng)勢(shì)為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右斜上方，如圖16所示，問：(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為多少？(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？11.圖17如圖17所示，PQ和MN為水平、平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L1 mPM間接有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E6 V，內(nèi)阻r1 的電源和一只滑動(dòng)變阻器導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m0.2 kg，棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)定滑輪與物體相連，物體的質(zhì)量M0.3 kg

15、.棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T，方向豎直向下，為使物體保持靜止，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為多大？設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，導(dǎo)軌與棒的電阻不計(jì)(g取10 m/s2)學(xué)案40磁場對(duì)電流的作用【課前雙基回扣】1D安培力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于電流方向，即垂直于磁場與電流決定的平面但電流方向與磁場方向不一定垂直2C3B安培力F總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I決定的平面垂直，即力F與磁場及力F與導(dǎo)線都是垂直的，但B與I(即導(dǎo)線)可以垂直，也可以不垂直，故A、C、D均錯(cuò)，B正確4BCD據(jù)安培力的定義，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I的方向垂直時(shí)，磁場力有最大值為FBIL0.

16、5×2×0.2 N0.2 N當(dāng)兩方向平行時(shí)，磁場力有最小值為0 N隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可在0.2 N與0 N之間取值5C由安培定則知，L2上的電流在線圈內(nèi)部產(chǎn)生的磁場垂直紙面向里，再由左手定則判知L1轉(zhuǎn)動(dòng)的方向6ILBcos mgILBsin 解析導(dǎo)體棒MN處于平衡狀態(tài)，作出其側(cè)視圖，對(duì)MN進(jìn)行受力分析，如圖所示由平衡條件有：FfFsin ，F(xiàn)NFcos mg，其中FILB解得FNILBcos mg，F(xiàn)fILBsin .思維提升1安培力的計(jì)算公式FBIL的前提是BI，L是導(dǎo)線的有效長度2安培力的方向：FB、FI，即F垂直于B與I決定的平面，但B與I不一定垂直3

17、磁電式電流表的磁場方向總沿徑向均勻輻射分布，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的，且安培力方向總與線圈平面垂直【核心考點(diǎn)突破】例1 Aad間通電電流的有效長度為下圖中的虛線L(1)L，電流的方向等效為由a沿直線流向d，所以安培力的大小FBIL(1)ILB.根據(jù)左手定則可以判斷，安培力方向沿紙面向上，選項(xiàng)A正確規(guī)范思維對(duì)于彎曲導(dǎo)線所受安培力的分析要先找出“等效長度”及“等效電流方向”例2BD通電的彈體在安培力作用下加速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)安BId，BkI，故F 安I2，根據(jù)動(dòng)能定理F安Lmv2得vI，故選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤或根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v22aL，也可得出vI.規(guī)范思維根據(jù)題意和題給情境

18、所滿足的物理規(guī)律，寫出所求物理量與其它物理量間的關(guān)系式，然后結(jié)合選項(xiàng)逐個(gè)分析，是解決這類題型的有效方法例3線圈向左運(yùn)動(dòng)解析解法一電流元法首先將圓形線圈分成很多小段，每小段可看做一直線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示根據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)解法二等效法將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)同時(shí)，也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”，又可得到相同的答案規(guī)范思維(1)解決問題的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁

19、場磁感線分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向(2)解決問題的基本方法有：電流元法、特殊位置法、等效法、結(jié)論法、轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法，要根據(jù)題目靈活選用例4(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5 A(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N(3)導(dǎo)體棒受力如圖所示，將重力正交分解F1mgsin 37°0.24 NF1<F安，根據(jù)平衡條件mgsin 37°FfF安解得Ff0.06 N規(guī)范思維解決安培力與力學(xué)綜合問題的關(guān)鍵：(1)首先正確畫出通電導(dǎo)體受力的平面圖(或側(cè)視圖)

20、，注意正確畫出電流和磁場的方向(2)受力分析時(shí)安培力的方向必須用左手定則正確判定，注意安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直又和電流方向垂直思想方法總結(jié)1應(yīng)用公式FBIL時(shí)需要注意(1)B與L垂直(2)L是有效長度，如圖曲線ACB中，如果通電電流為I，則其受水平向左的安培力FBIL.(3)B并非一定是勻強(qiáng)磁場，但一定是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度2安培力做功的實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化(1)安培力做正功：是將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或其他形式的能(2)安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存或再轉(zhuǎn)化為其他形式的能3(1)有安培力參與的物體平衡，此平衡與前面所講的物體平衡一樣，也是利用物體平衡條件解題其中安

21、培力是眾多受力中的一個(gè)(2)在安培力作用下的物體平衡的解決步驟和前面我們學(xué)習(xí)的共點(diǎn)力平衡相似，一般也是先進(jìn)行受力分析，再根據(jù)共點(diǎn)力平衡的條件列出平衡方程其中重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力【課時(shí)效果檢測(cè)】1D通電導(dǎo)線在磁場中受安培力時(shí)，用左手定則判斷安培力的方向2B根據(jù)左手定則，ab邊受到的安培力大小為FabBIab，bc邊平行于磁場方向受力為零，故A錯(cuò)；ad邊受到安培力大小為FadBIOd，故D錯(cuò)；cd邊受到的安培力大小為FcdBIcd，故B正確，C錯(cuò)3D解法一由題圖可知，無論電鍵是置于a還是b.導(dǎo)線中的電流均為MM和NN，由安培定則MM在NN處產(chǎn)生的磁場為垂直板平面向上，由左手定則

22、可知NN受到的力向外即這兩段導(dǎo)線相互排斥；電鍵置于a、b兩處時(shí)，b的電流較大，所以有Fa<Fb.故D正確解法二同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，所以A、C錯(cuò)誤，再有開關(guān)置于b處時(shí)有兩個(gè)電池，它的電壓較大、電流較大，相互作用力也較大，所以B錯(cuò)誤，D正確4C要使F0，則導(dǎo)線受安培力向上，且F安mg，由左手定則可知，選項(xiàng)C正確5C當(dāng)FfBILBLkt<mg時(shí)，棒沿導(dǎo)軌向下加速；當(dāng)FfBLkt>mg時(shí)，棒沿導(dǎo)軌向下減速；在棒停止運(yùn)動(dòng)前，所受摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為：FfBLkt；當(dāng)棒停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力立即變?yōu)殪o摩擦力，大小為：Ffmg，故選項(xiàng)C正確6A對(duì)金屬桿受力分析，沿導(dǎo)軌方向：mgsin 0，若想讓金屬桿向上運(yùn)動(dòng)，則增大，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若增大，則mgsin 增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；若電流反向，則金屬桿受到的安培力反向，D項(xiàng)錯(cuò)誤7B由安培定則可知A正確由mgsin 45°BILcos 45°知B，B錯(cuò)誤若要使B最小，B應(yīng)在垂直斜面向上的方向上，所以C、D正確8D由安培定則和左手定則判斷知，D項(xiàng)正確95 s