高中物理 3.4安培力的应用学案 粤教版选修3-1

第四节安培力的应用1知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流的大小和方向的基本原理2知道直流电动机的基本构造以及它的基本工作原理3知道直流电动机和电流表的内部磁场的分布特点4能准确判定线圈各边所受磁场力的方向1电磁炮利用安培力推动通电导体平动的，直流电动机利用安培力使通电线圈转动的2直流电动机的优点：通过改变输入电压很容易调节它的转速3电流表是测量电流的电学仪器，实验时经常使用的电流表是磁电式电流表判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向，一般采用下列几种方法：(1)电流元分析法把长直电流等分为无数小段直线电流元，先用左手定则判断出一小段电流元受到的安培力方向，再判断整段电流所受的安培力合力的方向，从而确定导线的运动方向(2)特殊位置分析法先分析通电导线上的某个特殊位置，判断其安培力方向，从而确定运动方向(3)等效分析法常把条形磁铁等效为环形电流，也可把环形电流等效为小磁针，以及把通电螺线管等效成多个环形电流或条形磁铁(4)结论分析法两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势(5)转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体的磁场中所受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向两条导线相互垂直如图所示，但相隔一段小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由活动，当直流电流按图所示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)()A顺时针方向转动，同时靠近导线ABB逆时针方向转动，同时离开导线ABC顺时针方向转动，同时离开导线ABD逆时针方向转动，同时靠近导线AB解析：本题可用下面两种方法解答(1)电流元受力分析法：把直线电流CD等效为CO、DO两段电流元，AB电流的磁感线分布如图所示，用左手定则判定可知导线CD将逆时针转动(2)特殊值分析法：将导线CD转过90的特殊位置，两直线电流相互平行，方向相同相互吸引，可见CD将靠近AB，所以导线CD逆时针方向转动，同时要靠近导线AB.因此正确答案是D.答案：D练习如图所示的弹性线圈AB，当给它通电时下面判断正确的是(D)A当电流从A向B通过时线圈长度增加，当电流反向时线圈长度减小B当电流从B向A通过时线圈长度增加，当电流反向时线圈长度减小C不管电流方向如何，线圈长度都不变D不管电流方向如何，线圈长度都减小解析：本题可用下面两种方法解答(1)等效分析法：通电弹性线圈由许多环形电流组成，把环形电流等效成条形磁铁，当电流从A向B通过线圈时条形磁铁的极性如图所示，各条形磁铁相互吸引，即各线环相互吸引，可见线圈的长度变短，当电流从B向A通过线圈时条形磁铁的极性与图所示的相反，各条形磁铁相互吸引，即各线环相互吸引，线圈的长度仍然变短，所以D正确(2)推论分析法：把环形电流看成无数小段的直线电流组成，当电流从A向B通过线圈时各线环的电流方向如图所示，各电流平行且同向，相互吸引，线圈长度变短，当电流从B向A通过线圈时各线环的电流方向与图所示方向相反，但各电流仍平行且同向，相互吸引，线圈长度仍变短，故D正确一、单项选择题1如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是(B)A导线a所受合力方向水平向右B导线c所受合力方向水平向右C导线c所受合力方向水平向左D导线b所受合力方向水平向左解析：首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向，要注意是合磁场的方向，然后用左手定则判定导线的受力方向可以确定B是正确的2在如图所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线MM与NN之间的安培力的大小分别为fa、fb，判断这两段导线(D)Afafb，相互吸引 Bfafb，相互排斥Cfafb，相互吸引 Dfafb，相互排斥解析：电键S分别置于a、b两处时，电源分别为一节干电池、两节干电池，而电路中灯泡电阻不变，则电路中电流IaIb，MM和NN处的磁感应强度BaBb，应用安培力公式FBIL可知fafb，又MM和NN电流方向相反，则相互排斥3如下图所示，一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙导轨上，且有图示方向的匀强磁场，处于静止状态，若增大电流强度，导体棒仍静止，则在电流增大到刚要运动的过程中，导体棒受到摩擦力的大小变化情况可能是(B)A一直减小 B先减小后增大C先增大后减小 D始终不变解析：由左手定则可判定安培力方向沿斜面向上，若开始时摩擦力方向沿斜面向下，则有F安mgsin f，而F安BIL，则fmgsin F安，I增大，f减小；当f减小到0后，F安mgsin ，f反方向，I增大f增大4如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受磁场的合力(A)A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB解析：将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的大小，根据FBIL计算出安培力的大小，再求合力导线所受合力FBIL2BILsin 45(1)ILB.二、不定项选择题5一条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒，图中只画出此棒的截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是(AD)A磁铁对桌面的压力减小B磁铁对桌面的压力增大C磁铁受到向右的摩擦力D磁铁受到向左的摩擦力解析：如图所示导体棒通电后，由左手定则，导体棒受到斜向左下方的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上方，所以在通电的一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力，因此A、D正确6如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直于纸面向外运动，则(AB)A将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D将b、c端接在电源正极，a、d端接在电源负极三、非选择题(按题目要求作答解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)7如图(a)所示，倾角为、相距为L的光滑导轨与一稳恒电源连接，导轨处于垂直于导轨形成的斜面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，有一质量为m的金属棒与导轨接触良好后恰好处于静止状态图(b)为金属棒与斜面的切面图，重力加速度取g.(1)试在图(b)中作出金属棒受力示意图；(2)计算流过金属棒的电流解析：(1)金属棒所受的力的示意图如图所示：(2)根据安培力的公式，有：F安BIL.根据力的平衡条件，有：F安mgsin . 两式联立得：I.答案：(1)见解析图(2)8如图所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流强度I1 A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中设t0时，B0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2)解析：斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示 由平衡条件得：FTcos 37F，FTsin 37mg，由解得：F，代入数值得：F0.8 N，由FBIL得：B T2 T.B与t的变化关系为B0.4 t，所以t5 s.答案：5 s9如图，水平放置的光滑的金属导轨M、N，平行地置于匀