通电导线在磁场中受到的力.doc
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1、精品物理学案 第四节 通电导线在磁场中受到的力第一部分 1、安培力:通电导线在磁场中受到的力叫做安培力。2、安培力大小(磁感线方向和电流方向垂直)(磁感线方向和电流方向平行)(磁感线方向和电流方向夹角为)3、安培力方向左手定则:如图所示,伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向沿电流方向,则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向专题一 左力右磁场分析安培力方向两步走分析安培力方向磁感线垂直穿左掌心四指指电流方向拇指指安培力方向FIBIBFBIFFIB专题二 FBI之间夹角F一定与另外两个东西(BI)垂直但另外两个东西(BI)不一定
2、垂直(可以平行、可以有一般夹角)专题三 弯曲通电导线受到的安培力计算其中L取有效长度初末位置连线长度(1)折线形直导线(每条边长L时?总长L时?) (2)圆弧形直导线 半圆 四分之一圆(3)闭合导线4、平行通电导线间的相互作用同向电流相互吸引、反向电流相互排斥ABABIIII5、磁电式电流表(1)磁电式电流表的构造:刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴(软铁制成) 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。(2)电流表的工作原理(1)蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的,不管通电线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感应线平行,当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边
3、都要受到安培力,这两个力产生的力矩使线圈发生转到,线圈转动使螺旋弹簧被扭动,产生一个阻碍线圈转动的力矩,其大小随线圈转动的角度增大而增大,当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时,线圈停止转动。(2)磁场对电流的作用力与电流成正比,因而线圈中的电流越大,安培力产生的力矩也越大,线圈和指针偏转的角度也越大,因而根据指针的偏转角度的大小,可以知道被测电流的强弱。表盘的刻度均匀,I(3)当线圈中的电流方向发生变化时,安培力的方向也随之改变,指针的偏转方向也发生变化,所以根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。专题四 先画磁感线后分析受力分析谁受力,谁自身产生的磁场不计(1)先画出条形
4、磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、螺线管的磁感线(2)后分析处在磁场中的通电导线受力(有时需要分析反作用力)专题五 通电直导线在平面、斜面上问题(1)通电直导线在水平面或竖直面上切开:把直导线从侧面切开(画直导线剖面图)画安培力:根据电流方向和磁感线方向画出安培力(磁感线与水平平面或竖直平面不垂直时需要把B分解成垂直平面和沿着平面)受力分析:静止列平衡方程、带加速度列牛二 (2)通电直导线在斜面上切开:把直导线从侧面切开(画直导线剖面图)画安培力:根据电流方向和磁感线方向画出安培力受力分析:静止列平衡方程(正交分解法或三角法)、带加速度列牛二 例1、关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是(
5、)A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面例2、某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示,其中正确的是( )例3、在下四图中,标出了匀强磁场B的方向、通电直导线中电流I的流向,以及通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是( )例4、用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来,让两者等高平行放置,如图3423所示当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时,则有() A两导线环相互吸引B两导线环相互排斥
6、C两导线环无相互作用力D两导线环先吸引后排斥例5、(2010上海卷)如图,长为2l的直导线折成边长相等,夹角为60的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为()A0 B0.5BIlCBIl D2BIl例6、(2009年高考海南卷)一根容易形变的弹性导线,两端固定导线中通有电流,方向如图3418中箭头所示当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是()例7、通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,ab边与M
7、N平行关于MN的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是()A线框有两条边所受的安培力方向相同B线框有两条边所受的安培力大小相等C线框所受的安培力的合力方向向左D线框所受的安培力的合力方向向右例8、如图3所示,条形磁铁放在水平桌面上,其中央正上方固定一根直导线,导线与磁铁垂直,并通以垂直纸面向外的电流 A磁铁对桌面的压力减小、不受桌面摩擦力的作用B磁铁对桌面的压力减小、受到桌面摩擦力的作用C磁铁对桌面的压力增大,个受桌面摩擦力的作用D磁铁对桌面的压力增大,受到桌面摩擦力的作用例9、一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方,并与磁针指向平行,能使磁针的S极转向纸内,如图1所示,那么这束带电粒子可能是 A
8、向右飞行的正离子束 B向左飞行的正离子束C向右飞行的负离子束 D问左飞行的负离子束例10. 两条直导线互相垂直,如图9(甲)所示,但相隔一个小距离,其中一条AB是固定的,另一条CD能自由转动。当直流电流按图9(乙)所示方向通入两条导线时,CD导线将( )。图9A. 不动B. 顺时针方向转动,同时靠近导线ABC. 顺时针方向转动,同时离开导线ABD. 逆时针方向转动,同时离开导线ABE. 逆时针方向转动,同时靠近导线AB答案:E例11、如右图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线。当导线中通以由外向内的电流时( )。A. 磁铁受到向左的摩擦力,磁铁对桌面的压力减
9、小B. 磁铁受到向右的摩擦力,且对桌面的压力减小C. 磁铁受到向左的摩擦力,且对桌面的压力增大D. 磁铁不受摩擦力,对桌面的压力不变答案:A例12如右图所示,轻质导体环用细线挂在条形磁铁附近,磁铁的轴线穿过圆环圆心且与环共面,当通以图示方向电流时,导体环将A. 不发生转动,同时靠近磁铁B. 不发生转动,同时离开磁铁C. 发生转动,同时靠近磁铁D. 发生转动,同时离开磁铁答案:C例13、如图所示,在同一水平面上的两根导轨相互平行,并处在竖直向上的匀强磁场中,一根质量为3.6 kg,有效长度为2 m的金属棒放在导轨上当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流增加到8 A时,
10、金属棒的加速度为2 m/s2,求磁场的磁感应强度的大小图3420例14、如图所示,电源与竖直放置的光滑导轨相连,一金属导体棒靠在导轨外面,为使金属棒不动,我们在导轨所在空间内加磁场,则此磁场的方向可能是( ) A垂直于导轨所在平面指向纸内 B垂直于导轨所在平面指向纸外 C平行于导轨所在平面向右 D与导轨所在平面成60角斜向下方,指向纸内例15、如图所示,通电导体棒AC静止于水平导轨上,棒的质量为m长为l,通过的电流强度为I,匀强磁场的磁感强度B的方向与导轨平面成角,求导轨受到AC棒的压力和摩擦力各为多大?例16、如图所示,在倾角为的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,在导体
11、棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()ABmg,方向垂直斜面向上BBmg,方向垂直斜面向下CBmg,方向垂直斜面向下DBmg,方向垂直斜面向上例17、如图所示,两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E,导轨平面与水平面间的夹角30.金属杆ab垂直导轨放置,导轨与金属杆接触良好整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是()A增大磁感应强度BB调节滑动变阻器使电流减小C增大导轨平面与水平面间的夹角D将电源正负极对调使金属杆中的电流方向
12、改变例18、 如右图所示,通电直导线ab质量为m、长为l水平地放置在倾角为的光滑斜面下,通过图示方向的电流,电流强度为I,要求导线ab静止在斜面上。(1)若磁场的方向竖直向上,则磁感应强度为多大?(2)若要求磁感应强度最小,则磁感应强度如何?解析:本题的关键是分析导线的受力情况,那么怎样将立体情形转化为平面情形?(1)若磁场方向竖直向上,从a向b观察,导线受力情况如右图13所示。由平衡条件得:在水平方向上;在竖直方向上,其中FBIL。联立可解得:。(2)若要求磁感应强度最小,则一方面应使磁场方向与通电导线垂直,同时另一方面调整磁场方向使与重力、支持力合力相平衡的安培力最小。如右图由力的矢量三角
13、形讨论可知,当安培力方向与支持力垂直时,安培力最小,对应磁感应强度最小,设其值为,则:根据左手定则判定知,该磁场方向垂直斜面向上。第二部分 练习题一1如图所示,一根有质量的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬于a、b两点,棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,棒中通有电流,方向从M流向N,此时悬线上有拉力,为了使拉力等于零,可以( )A适当减小磁感应强度B使磁场反向C适当增大电流 D使电流反向2如图所示,在光滑的水平桌面上放一根条形磁铁在其上方与条形磁铁平行地固定一根通电导线,电流方向如图所示,以下说法正确的是()A条形磁铁的N极向里、S极向外转动,且对桌面的压力增大B条形磁铁的N极向里、S
14、极向外转动,且对桌面的压力减小C条形磁铁的N极向外、S极向里转动,且对桌面的压力增大D条形磁铁的N极向外、S极向里转动,且对桌面的压力减小3在xOy水平面中有一通电直导线,与y轴平行,导线中电流方向如图所示,该区域有匀强磁场,通电导线所受磁场力的方向与Oz轴正方向相同,该磁场的磁感应强度的方向是()A沿x轴负方向且一定沿x轴负方向B一定沿y轴负方向C可能沿z轴正方向D可能沿x轴负方向4如图所示,弹性线圈AB,当它通电时,下列判断正确的是()A当电流从AB时,线圈长度增加,当电流反向后线圈长度减小B当电流从BA时,线圈长度增加,当电流反向后线圈长度减小C不管电流方向如何,线圈长度都增加D不管电流
15、方向如何,线圈长度都减小5电磁炮的基本原理如图所示,把待发射的炮弹(导体)放置在匀强磁场中的两条平行导轨(导轨与水平方向成角)上,磁场方向和导轨平面垂直,若给导轨以很大的电流I,使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下,沿导轨做加速运动,以某一速度发射出去,已知匀强磁场的磁感应强度为B,两导轨间的距离为L,磁场中导轨的长度为s,炮弹的质量为m,炮弹和导轨间的摩擦以及炮弹本身的长度均不计,则炮弹离开炮口时的速度为()A. B.C. D.6如图所示,A为一水平放置的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图,当圆盘沿图中所示方向高速绕中心轴OO转动时,通电直导线所
16、受磁场力的方向是()A竖直向上 B竖直向下C水平向里 D水平向外7如图所示,两个完全相同的线圈套在一水平光滑的绝缘圆柱上,线圈能自由移动,若两线圈内通有大小不等的同向电流,则它们的运动情况是()A都绕圆柱转动 B以不等的加速度相向运动C以相等的加速度相向运动D以相等的加速度相背运动答案:1、C2、B3、D4、D5、C6、C7、C练习题二一、选择题 1关于磁场和磁感线的描述,正确的说法有 A磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场和电场一样,也是一种物质B磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向C磁感线总是从磁铁的北极出发,到南极终止D磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁
17、感线4关于磁场,以下说法正确的是 A电流在磁场中某点不受磁场力作用,则该点的磁感强度一定为零B磁场中某点的磁感强度,根据公式B=F/Il,它跟F,I,l都有关C磁场中某点的磁感强度的方向垂直于该点的磁场方向D磁场中任一点的磁感强度等于磁通密度,即垂直于磁感强度方向的单位面积的磁通量5磁场中某点的磁感应强度的方向 A放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向B放在该点的正检验电荷所受的磁场力的方向C放在该点的小磁针静止时N极所指的方向D通过该点磁场线的切线方向6下列有关磁通量的论述中正确的是 A磁感强度越大的地方,穿过线圈的磁通量也越大B磁感强度越大的地方,线圈面积越大,则穿过线圈的磁通量越大C穿过
18、线圈的磁通量为零的地方,磁感强度一定为零D匀强磁场中,穿过线圈的磁感线越多,则磁通量越大8如图所示,将通电线圈悬挂在磁铁N极附近:磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内,且磁铁的轴线经过线圈圆心,线圈将 A转动同时靠近磁铁 B转动同时离开磁铁C不转动,只靠近磁铁 D不转动,只离开磁铁9通电矩形线圈平面垂直于匀强磁场的磁感线,则有 A线圈所受安培力的合力为零B线圈所受安培力以任一边为轴的力矩为零C线圈所受安培力以任一对角线为轴的力矩不为零D线圈所受安培力必定使其四边有向外扩展形变的效果二、填空题 10匀强磁场中有一段长为0.2m的直导线,它与磁场方向垂直,当通过3A的电流时,受到6010-2N的磁场
19、力,则磁场的磁感强度是_特;当导线长度缩短一半时,磁场的磁感强度是_特;当通入的电流加倍时,磁场的磁感强度是_特12一矩形线圈面积S10-2m2,它和匀强磁场方向之间的夹角130,穿过线圈的磁通量1103Wb,则磁场的磁感强度B_;若线圈以一条边为轴的转180,则穿过线圈的磁能量的变化为_;若线圈平面和磁场方向之间的夹角变为20,则_答案 一、选择题 1AB 2BC 3D 4D 5CD 6D 7A 8A 9AB 二、填空题 练习题三1、下列说法中正确的是( )。A. 磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时受到磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值即B. 通电
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