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文檔簡介
安培力的應(yīng)用磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力稱安培力,其大小為F=BILsinθ,其中θ表示電流方向與磁感強(qiáng)度方向的夾角.安培力---磁場(chǎng)通電導(dǎo)線的作用基礎(chǔ)知識(shí)鞏固1、方向:左手定則2、大小當(dāng)B∥L時(shí)當(dāng)B⊥L時(shí)3、適用條件F=BILF=0θ勻強(qiáng)磁場(chǎng)中F=BILsinθ由左手定則可知:安培力F一定垂直B、I所組成的平面.
1、如下圖所示,兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同,方向相反的電流,a受到的磁場(chǎng)力大小為F1,當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,a受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)镕2,則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)椋ǎ?/p>
A、F2B、F1-F2C、F1+F2D、2F1-F2abA若在a、b中通有等大同向向上的電流,新加磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,且新加磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線的作用力小于兩導(dǎo)線間的作用力,則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)椋ǎ〥(2)特殊位置法:把通電導(dǎo)體或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷安培力的方向,從而確定其運(yùn)動(dòng)方向。一.安培力作用下導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的分析(1)電流元法:把整段通電導(dǎo)體等效為多段直線電流元。用左手定則判斷出每段電流元所受安培力的方向,從而判斷整段導(dǎo)體所受合力方向,最后確定其運(yùn)動(dòng)方向。
【典型題1】如下圖所示,在蹄形磁鐵的上方,放置一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的通電導(dǎo)線AB,最初導(dǎo)線與蹄形磁鐵處于同一豎直平面內(nèi),當(dāng)在導(dǎo)線中通入由A到B的電流時(shí),從上往下看,導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是()
A、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降
B、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升
C、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降
D、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升NSABC【解析】:步驟一:電流元分析法:oSABN甲由以上分析得:OA電流元受力指向紙面外;OB電流元受力指向紙面內(nèi),所以從上往下看時(shí),導(dǎo)線將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。步驟二:特殊位置分析法:NSF綜上分析知:導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),向下運(yùn)動(dòng)。(3)等效法:環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵,條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管,通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析?!镜湫皖}2】如圖所示,將通電線圈懸掛在磁鐵N極附近:磁鐵處于水平位置和線圈在同一平面內(nèi),且磁鐵的軸線經(jīng)過線圈圓心,線圈將[
]A.轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近磁鐵B.轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開磁鐵C.不轉(zhuǎn)動(dòng),只靠近磁鐵D.不轉(zhuǎn)動(dòng),只離開磁鐵A環(huán)形電流等效于:N極在里面,S極在外部的條形磁鐵(4)利用結(jié)論法:①兩通電導(dǎo)線相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流相互吸引,反向電流相互排斥;②兩者不平行時(shí),有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)。如圖所示兩條直導(dǎo)線互相垂直但相隔一段小距離,其中一條AB是固定的,另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)直流電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí),CD導(dǎo)線將()
A、不動(dòng)
B、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線ABC、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開導(dǎo)線ABD、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線ABE、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開導(dǎo)線ABABCDD【解析】ABCD××..FF最后變成同向電流,特點(diǎn):相互吸引(5)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法:因?yàn)橥妼?dǎo)線之間、導(dǎo)線與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律,定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題,可先分析電流在磁體的磁場(chǎng)中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。【典型題5】如圖所示,條形磁鐵放在水平桌面上,它的正中央上方固定一長直導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直.給電線通以垂直紙面向外的電流,則()A、磁鐵對(duì)桌面壓力增大,要受桌面摩擦力作用B、磁鐵對(duì)桌面壓力增大,不受桌面摩擦力作用C、磁鐵對(duì)桌面壓力減小,要受桌面摩擦力作用D、磁鐵對(duì)桌面壓力減小,不受桌面摩擦力作用ID二.安培力作用下通電導(dǎo)體平衡與加速問題的分析解此類問題的一般步驟是:(1)明確通電導(dǎo)體所在處磁場(chǎng)的特點(diǎn);(2)對(duì)通電導(dǎo)體進(jìn)行受力分析,確定通電導(dǎo)體所受的安培力;(3)把電磁學(xué)問題轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題,根據(jù)平衡條件、牛頓運(yùn)動(dòng)定律或能量的觀點(diǎn)來解題。例:如下圖所示,在與水平方向成600的光滑金屬導(dǎo)軌間連一電源,在相距1m的平行導(dǎo)軌上,放一重為3N的金屬棒ab,棒中通有3A的電流,磁場(chǎng)方向豎直向上,這時(shí)棒恰好靜止,求:(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力(3)若要使B取值最小,其方向應(yīng)如何?并求出其最小值。600BabFN(1)棒靜止時(shí),其受力如圖所示:
GF安則有:因?yàn)榘才嗔Γ核裕?/p>
即:
(2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力與FN大小相等,600B(3)若要使B取值最小,即安培力最小,經(jīng)分析知當(dāng)F平行于斜面向上時(shí),F有最小值,此時(shí)B應(yīng)垂直于斜面向上,且有:
所以:即:
【規(guī)律方法】該類題型常是安培力與力學(xué)、電路相聯(lián)系的綜合問題,求解時(shí)要注意:①正確地對(duì)通電導(dǎo)體進(jìn)行受力分析,特別是安培力方向。
②由于B、I、L的方向關(guān)系,涉及三維的立體空間,為便于分析,要善于選擇合理的角度,將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖(俯視圖、剖面圖、側(cè)視圖等)。【思維拓展】若上例中,將電源去掉,換為阻值為2Ω的電阻,其余部分阻值不計(jì),求ab棒沿導(dǎo)軌下滑時(shí)的最大加速度與最大速度。①當(dāng)棒剛開始下落時(shí),其受力最大為Gsin600,
最大加速度:
②當(dāng)棒所受合力為0時(shí),速度最大,此時(shí)Gsin600=BILcos600,因?yàn)?I=BLvsin300/R,最大速度:
歸納和總結(jié):
安培力的分析和應(yīng)用,主要體現(xiàn)了和力學(xué)知識(shí)的綜合,不論涉及直線電流、圓環(huán)形電流、通電線框的平衡還是運(yùn)動(dòng),確定對(duì)象受力分析是關(guān)鍵,靈活應(yīng)用等效法、電流元法、平行電流法、特殊位置法、轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法等,問題就會(huì)迎刃而解。三.直流電動(dòng)機(jī)【實(shí)驗(yàn)與探究】1.直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)
2.直流電動(dòng)機(jī)的原理
3.直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)
4.直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程:思考:直流電動(dòng)機(jī)—安培力的運(yùn)用1.直流電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)?2.探究改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn):通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速.常見的直流電動(dòng)機(jī):【說明2】
大多數(shù)微型和小型直流電動(dòng)機(jī)是用永磁鐵提供磁場(chǎng),而大型和超大型直流電動(dòng)機(jī)是用勵(lì)磁電流來提供磁場(chǎng)的?!菊f明1】
直流電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)是通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速,而交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速就不太方便。因此,不少需要調(diào)速的設(shè)備,都采用直流電電動(dòng)機(jī)。如:無軌電車和電氣機(jī)車都是用直流電動(dòng)機(jī)來開動(dòng)的。四.磁電式電表—安培力的運(yùn)用【說明】由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成正比,因而安培力的力矩也跟電流成正比,而螺旋形彈簧的扭矩與指針轉(zhuǎn)過的角度成正比,所以磁電式電表的表盤刻度是均勻的。FA=BILcosθ
FB=BIL
FD=2BIR
FE=03:如下圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線,電流強(qiáng)度為I,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求
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