2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题22磁吃电流的作用力含解析.docx
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1、专题22 磁场对电流的作用力【专题导航】目录热点题型一 安培定则的应用及磁场的叠加1热点题型二导体运动趋势的判断3热点题型三安培力作用力下的平衡或加速问题6安培力作用下导体的平衡问题6安培力作用下导体的加速问题8【题型演练】10【题型归纳】热点题型一 安培定则的应用及磁场的叠加磁场叠加问题的一般解题思路(1)确定磁场场源,如通电导线(2)定位空间中需求解磁场的点,利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向如图所示为M、N在c点产生的磁场(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场【例1】(2018高考全国卷)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向
2、向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外则 ()A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0【答案】AC【解析】原磁场、电流的磁场方向如图所示,由题意知在b点:B0B0B1B2在a点:B0B0B1B2由上述两式解得B1B0,B2B0.【变式】(2017高考全国卷)如图,三根相互
3、平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反下列说法正确的是()AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1【答案】BC【解析】由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上,L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图a所示,根据左手定则可判断出
4、L1所受磁场作用力的方向与L2和L3的连线平行,选项A错误;同理,如图b所示,可判断出L3所受磁场(B合3)作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在的平面垂直,选项B正确;同理,L2处的磁场方向如图c所示设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据几何知识可知,B合1B,B合2B,B合3B,由安培力公式可知,L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小与该处的磁感应强度大小成正比,所以L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11,选项C正确,D错误【变式2】(2017高考全国卷)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间
5、的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为()A0 BB0 CB0 D2B0【答案】C【解析】 导线P和Q中电流I均向里时,设其在a点产生的磁感应强度大小BPBQB1,如图所示,则其夹角为60,它们在a点的合磁场的磁感应强度平行于PQ向右、大小为B1.又根据题意Ba0,则B0B1,且B0平行于PQ向左若P中电流反向,则BP反向、大小不变,BQ和BP大小不变,夹角为120,合磁场的磁感应强度大小为 B1B1(方向垂直PQ向上、与B0垂直),a点合磁场的磁感应强度BB0,则
6、A、B、D项均错误,C项正确【名师点睛】求解有关磁感应强度的三个关键(1)磁感应强度由磁场本身决定(2)合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)(3)牢记判断电流的磁场的方法安培定则,并能熟练应用,建立磁场的立体分布模型热点题型二导体运动趋势的判断判断导体运动趋势常用方法电流元法分割为电流元安培力方向整段导体所受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流结论法同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动
7、趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向【例2】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将()A不动 B顺时针转动 C逆时针转动 D在纸面内平动【答案】B【解析】法一:电流元分析法把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数段直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上,由左手定则可得,上半部分电流元所受安培力均指向纸外,下半部分电流元所受安培力
8、均指向纸内,因此从左向右看线圈L1将顺时针转动法二:等效分析法把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上,而L1等效成小磁针后,转动前,N极指向纸内,因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上,所以从左向右看,线圈L1将顺时针转动法三:结论法环形电流I1、I2之间不平行,由于两不平行的电流的相互作用,则两环必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得,从左向右看,线圈L1将顺时针转动【变式1】(2019唐山模拟) 将长为L的导线弯成六分之一圆弧,固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场
9、中,两端点A、C连线竖直,如图所示若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流,则导线所受安培力的大小和方向是()AILB,水平向左BILB,水平向右C,水平向右D,水平向左【答案】D.【解析】弧长为L,圆心角为60,则弦长AC,导线受到的安培力FBIl,由左手定则可知,导线受到的安培力方向水平向左【变式2】如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图中方向的电流后,线圈的运动情况是()A线圈向左运动B线圈向右运动C从上往下看顺时针转动D从上往下看逆时针转动【答案】A【解析】.法一:电流元法首先将圆形线圈分成很多小段,每一段可看做一直线电
10、流元,取其中上、下两小段分析,其截面图和受安培力情况如图甲所示根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动只有选项A正确法二:等效法将环形电流等效成小磁针,如图乙所示,根据异名磁极相吸引知,线圈将向左运动,A正确也可将左侧条形磁铁等效成环形电流,根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥”,也可判断出线圈向左运动热点题型三安培力作用力下的平衡或加速问题1安培力公式FBIL中安培力、磁感应强度和电流两两垂直,且L是通电导线的有效长度2通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象;(2)变三维为二维,如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力的方向要
11、注意F安B、F安I,如图所示(3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解安培力作用下导体的平衡问题【例4】如图所示,两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为l,与电动势为E、内阻不计的电源相连,质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路,回路平面与水平面的夹角为,回路其余电阻不计为使ab棒静止,需在空间施加一匀强磁场,其磁感应强度的最小值及方向分别为()A,水平向右 B.,垂直于回路平面向上C,竖直向下 D.,垂直于回路平面向下【答案】D.【解析】以导体棒为研究对象,受力分析如图所示,由金属棒ab受力分析可知,为使ab棒静止,ab受到沿斜面向上的安培力作用时,安培力最小,此时对应的磁感应
12、强度也就最小,由左手定则可知此时磁场方向垂直于回路平面向下,再由平衡关系可知IlBmgsin ,其中I,可得磁感应强度B,故选项D正确【变式1】如图所示,有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b,a被水平放置在倾角为45的光滑斜面上,b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置,且a、b平行,它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流为I的同向电流时,a恰能在斜面上保持静止,则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是()A方向竖直向上 B大小为C要使a仍能保持静止,而减小b在a处的磁感应强度,可使b上移D若使b下移,a将不能保持静止【答案】ACD【解析】由安培定则可知b的电流在a处产
13、生的磁场的磁感应强度方向应竖直向上,A正确a的受力如图甲所示tan 45,所以B,B错误b无论上移还是下移,b在a处的磁感应强度均减小,若上移,a的受力如图乙所示上移过程中FN逐渐减小,F安先减小后增大,两个力的合力等于mg,可见b适当上移,a仍能保持静止,故C正确若使b下移,导体棒中的安培力减小,根据受力平衡条件,当a受的安培力方向顺时针转动时,只有变大才能保持平衡,故a将不能保持静止,D正确【变式2】如图所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,下面挂有匝数为n的矩形线框abcd,bc边长为l,线框的下半部分处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里),线框中通以电
14、流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态令磁场反向,磁感应强度的大小仍为B,线框达到新的平衡,则在此过程中线框位移的大小x及方向是()Ax,方向向上 Bx,方向向下Cx,方向向上 Dx,方向向下【答案】B【解析】线框在磁场中受重力、安培力、弹簧弹力处于平衡状态,安培力为FAnBIl,且开始时方向向上,改变电流方向后方向向下,大小不变设在磁场反向之前弹簧的伸长为x,则反向之后弹簧的伸长为(xx),由平衡条件知kxnBIlmg及k(xx)nBIlmg,联立解得x,且线框向下移动,B对安培力作用下导体的加速问题【例5】(2019山西太原模拟)一金属条放置在相距为d的两金属轨道上,如图所示现让金属条
15、以v0的初速度从AA进入水平轨道,再由CC进入半径为r的竖直圆轨道,金属条到达竖直圆轨道最高点的速度大小为v,完成圆周运动后,再回到水平轨道上,整个轨道除圆轨道光滑外,其余均粗糙,运动过程中金属条始终与轨道垂直且接触良好已知由外电路控制流过金属条的电流大小始终为I,方向如图中所示,整个轨道处于水平向右的匀强磁场中,磁感应强度为B,A、C间的距离为L,金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动重力加速度为g,则由题中信息可以求出()A金属条的质量 B金属条在磁场中运动时所受的安培力的大小和方向C金属条运动到DD时的瞬时速度 D金属条与水平粗糙轨道间的动摩擦因数【答案】ABD【解析】在圆轨道最高点,由牛顿
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- 2020 年高 物理 一轮 复习 热点 题型 归纳 演练 专题 22 电流 作用力 解析
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