物理總第九章 磁場 9-1-2 安培力及安培力作用下導體運動情況的判斷

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1、安培力及安培力作用下導體運動情況的判斷0101020203030404備選訓練備選訓練 課堂互動課堂互動 題組剖析題組剖析 規(guī)律總結規(guī)律總結 課堂互動課堂互動1安培力的方向根據(jù)左手定則判斷。2安培力公式FBIL的應用條件(1)B與L垂直。(2)L是有效長度。如彎曲通電導線的有效長度L等于連接兩端點的直線的長度，相應的電流方向沿兩端點連線 由始端流向末端，如圖所示課堂互動課堂互動電流元法特殊位置法等效法結論法轉換研究對象法每段電流元所受安培力方向整段導體所受合力方向運動方向在特殊位置安培力方向運動方向環(huán)形電流小磁針條形磁鐵通電螺線管 多個環(huán)形電流同向電流互相吸引,異向電流互相排斥；兩不平行的直線

2、電流相互作用時,有轉到平行且電流方向相同的趨勢分析磁體與電流磁場作用下如何運動或運動趨勢,可根據(jù)牛頓第三定律,通過分析一個物體的受力情況，確定另一個物體所受磁場的作用力.3.判定安培力作用下導體運動情況的常用方法: 課堂互動課堂互動4.安培力做功的特點和實質(1)安培力做功與路徑有關，不像重力、電場力做功與路徑無關(2)安培力做功的實質：起能量轉化的作用安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導線后轉化為導線的動能或轉化為其他形式的能安培力做負功：是將其他形式的能轉化為電能后儲存起來或轉化為其他形式的能典例 (2017全國卷，19)(多選)如圖，三根相互平行的固定長直導線 L1、L2和 L3兩兩

3、等距，均通有電流 I，L1中電流方向與 L2中的相同，與 L3中的相反。下列說法正確的是( ) AL1所受磁場作用力的方向與 L2、L3所在平面垂直 BL3所受磁場作用力的方向與 L1、L2所在平面垂直 CL1、L2和 L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 11 3 DL1、L2和 L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 3 31 題組剖析題組剖析轉到解析解析 同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。對 L1受力分析，如圖甲所示，可知 L1所受磁場力的方向與 L2、L3所在的平面平行，故選項 A 錯誤；對 L3受力分析，如圖乙所示，可知 L3所受磁場力的方向與 L1、L2所在的平面垂直，故選項

4、B 正確；設三根導線間兩兩之間的相互作用力的大小為 F，則 L1、L2受到的磁場力的合力大小均等于 F，L3受到的磁場力的合力大小為 3F，即 L1、L2、L3單位長度受到的磁場力之比為 11 3，故選項 C正確，D 錯誤。 答案 BC 題組剖析題組剖析轉回原題題組剖析題組剖析1(2017上海單科，11)如圖，一導體棒ab靜止在U形鐵芯的兩臂之間。電鍵閉合后導體棒受到的安培力方向() A向上 B向下 C向左 D向右轉到解析題組剖析題組剖析解析 本題考查電流的磁效應、安培力及左手定則。根據(jù)圖中的電流方向，由安培定則知U形鐵芯下端為N極，上端為S極，ab中的電流方向由ab，由左手定則可知導體棒受到

5、的安培力方向向右，選項D正確。答案D轉回原題2一直導線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖所示，如果直導線可以自由地運動且通以由a到b的電流，則關于導線ab受磁場力后的運動情況，下列說法正確的是()A從上向下看順時針轉動并靠近螺線管B從上向下看順時針轉動并遠離螺線管C從上向下看逆時針轉動并遠離螺線管D從上向下看逆時針轉動并靠近螺線管解析方法一(電流元法)由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向，導線等效為Oa、Ob兩電流元，由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向，如圖所示，所以從上向下看導線逆時針轉動，當轉過90時再用左手定則可判定導線所受磁場力向下，即導線在逆時針轉動的同時還要靠

6、近螺線管，選項D正確。題組剖析題組剖析轉到下頁題組剖析題組剖析方法二(結論法)結論1：兩電流相互平行時無轉動趨勢，電流方向相同時相互吸引，電流方向相反時相互排斥。結論2：兩電流不平行時，將發(fā)生轉動，有轉到兩電流相互平行且方向相同的趨勢。通電螺線管上部離導線近，所以只考慮這部分電流與導線的作用，此時螺線管相當于垂直紙面向里的直導線，由上述結論可知導線ab受磁場力后(從上向下看)逆時針轉動并靠近螺線管，選項D正確。答案D轉到上頁題組剖析題組剖析3如圖所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導線的截面，導線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1；當導線中有垂直紙面向

7、外的電流時，磁鐵對斜面的壓力為FN2，則下列關于磁鐵對斜面的壓力和彈簧的伸長量的說法正確的是()AFN1FN2，彈簧的伸長量增大DFN1FN2，彈簧的伸長量減小轉到解析題組剖析題組剖析解析在題圖中，由于條形磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)到S極，所以可畫出磁鐵在導線A處的一條磁感線，其方向是斜向左下方的，如圖所示，導線A中的電流垂直紙面向外時，由左手定則可判斷導線A必受斜向右下方的安培力F，由牛頓第三定律可知磁鐵所受作用力F的方向是斜向左上方，所以磁鐵對斜面的壓力減小，即FN1FN2。同時，F(xiàn)有沿斜面向下的分力，使得彈簧彈力增大，可知彈簧的伸長量增大，所以選項C正確。答案C轉回原題4(2017全國卷，

8、21)(多選)某同學自制的簡易電動機示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉軸。將線圈架在兩個金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉動起來，該同學應將()A左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉B左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉C左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉D左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉題組剖析題組剖析轉到解析題組剖析題組剖析轉回原題解析若將左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到水平方向的安培力而轉動，轉過

9、一周后再次受到同樣的安培力而使其連續(xù)轉動，選項A正確；若將左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，則當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到安培力而轉動，轉過半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止轉動，選項B錯誤；左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，電路不能接通，故不能轉起來，選項C錯誤；若將左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到安培力而轉動，轉過半周后電路不導通，轉過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續(xù)轉動，選項D正確。答案AD規(guī)律總結規(guī)律總結研究對象：通電導線或導體明確導體所在位置的磁場分布情況利用左手定則導體的受力情況確定導體的

10、運動方向或運動趨勢的方向變三維為二維，如側視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安B、F安I.判定通電導體在安培力作用下的運動或運動趨勢的思路規(guī)律總結規(guī)律總結(1)同一問題可以用多種判斷方法分析，可以根據(jù)不同的題目選擇恰當?shù)呐袛喾椒?(2)同一導體在安培力作用下，運動形式可能會發(fā)生變化，要根據(jù)受力情況進行判斷 判斷通電導體運動問題時應注意的兩點備選訓練備選訓練【備選訓練1】 直導線ab與線圈所在的平面垂直且隔有一小段距離，其中直導線固定，線圈可自由運動，當通過如圖所示的電流方向時(同時通電)，從左向右看，線圈將() A不動 B順時針轉動，同時向右平移 C順時針轉

11、動，同時向左平移 D逆時針轉動，同時向右平衡解析用安培定則判斷線圈所處的B的方向，由左手定則及特殊位置法判定運動情況 答案B 先判斷直導線ab產(chǎn)生的磁場方向及分布，再由左手定則判定線圈所受安培力及運動情況.外里里備選訓練備選訓練【備選訓練2】：如圖所示，把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通入圖示方向的電流I時，導線的運動情況是(從上往下看)() A. 順時針方向轉動，同時下降 B. 順時針方向轉動，同時上升 C. 逆時針方向轉動，同時下降 D. 逆時針方向轉動，同時上升總結提升：分析通電導線在安培力作用下的運動問題時，首先要明確通電導線所在處的磁場方

12、向；然后用左手定則確定通電導線所受安培力的方向，切記安培力垂直于通電導線和磁場方向決定的平面，注重各種判斷方法的靈活運用轉到解析備選訓練備選訓練解析： (1)電流元法： 如圖示,把直線電流等效為AO、OO、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線將以OO段為軸順時針轉動(俯視)(2)特殊位置法：把導線轉過90時的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導線在順時針轉

13、動的同時向下運動綜上所述，選項A正確 答案： A轉回原題備選訓練備選訓練【備選訓練3】電磁炮的基本原理如圖示,把待發(fā)射的炮彈(導體)放置在勻強磁場中的兩條平行導軌(導軌與水平方向成角)上，磁場方向和導軌平面垂直，若給導軌以很大的電流I，使炮彈作為一個載流導體在磁場的作用下沿導軌做加速運動，以某一速度射出去已知勻強磁場的磁感應強度為B，兩導軌間的距離為L,磁場中導軌的長度為s，炮彈的質量為m，炮彈和導軌間摩擦不計試問：在導軌與水平方向夾角一定時,要想提高炮彈發(fā)射時的速度v0，從設計角度看可以怎么辦？(通過列式分析，加以說明)轉到解析備選訓練備選訓練轉回原題備選訓練備選訓練【備選訓練4】 （201

14、6全國卷，22）某同學用圖中所給器材進行與安培力有關的實驗。兩根金屬導軌ab和a1b1固定在同一水平面內且相互平行，足夠大的電磁鐵（未畫出）的N極位于兩導軌的正上方，S極位于兩導軌的正下方，一金屬棒置于導軌上且與兩導軌垂直。（1）在圖中畫出連線，完成實驗電路。要求滑動變阻器以限流方式接入電路，且在開關閉合后，金屬棒沿箭頭所示的方向移動。（2）為使金屬棒在離開導軌時具有更大的速度，有人提出以下建議： A.適當增加兩導軌間的距離 B.換一根更長的金屬棒 C.適當增大金屬棒中的電流 其中正確的是（填 入正確選項前的標號）。轉到解析AC備選訓練備選訓練解析 （1）實物連線如圖所示。（2）根據(jù)公式FBIL可得，適當增加導軌間的距離或者增大電流，可增大金屬棒受到的安培力，根據(jù)動能定理得，F(xiàn)smgsmv2，則金屬棒離開導軌時的動能變大，即離開導軌時的速度變大，A、C正確；若換用一根更長的金屬棒，但金屬棒切割磁感線的有效長度即導軌間的寬度不變，安培力F不變，棒的質量變大，速度v變小，B錯誤。 答案（1）見解析圖（2）AC轉回原題