山东省聊城市第四中学高中物理 3.4磁场对通电导线的作用力学案 新人教版选修31.doc

3.4磁场对通电导线的作用力2课前预习1.同一段通电导线，放在同一匀强磁场中的四个不同方位，如图所示，则：（ ）a（c）中导线受的磁场力大于（a）中受的磁场力；b只有（b）中通电导线不受磁场力的作用；c（b）（c）中两种情况导线都不受磁场力的作用；d（a）（d）中导线所受的磁场力大小相等。2下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力的说法中正确的是（ ）a安培力大小只跟磁场的强弱和电流的强度有关；b安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方向垂直；c若导线受到的磁场力为零，导线所在处的磁感强度必定为零；d若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力最大，此时导线必与磁场方向垂直。3.判断下图中导线a所受磁场力的方向。 典型例题【例1】 如图所示，一根长为l的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流i时，弹簧缩短y；若通以向左的电流，也是大小等于i时，弹簧伸长y，则磁感应强度b为_【例2】如图所示，蹄形磁体用悬线悬于o点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是_。a静止不动b向纸外平动cn极向纸外，s极向纸内转动dn极向纸内，s极向纸外转动【例3】如图所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽l。匀强磁场磁感应强度为b。金属杆长也为l ，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为i1时，金属杆正好能静止。求：b至少多大？这时b的方向如何？若保持b的大小不变而将b的方向改为竖直向上，应把回路总电流i2调到多大才能使金属杆保持静止？【例4】如图，水平放置的光滑的金属导轨m、n，平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为b，方向与导轨平面夹为 ，金属棒ab的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直。电源电动势为e，定值电阻为r，其余部分电阻不计。则当电键闭合的瞬间，棒ab的加速度为多大？反馈练习1在赤道平面上空沿东西方向放置一根直导线，通以由西向东的电流，则此导线所受地磁场作用力的方向为（ ） a向上； b. 向下 ； c. 向南； d. 向北。2.如图所示，在条形磁铁s极附近悬挂一个铝圆线圈，线圈与水平磁铁位于同一水平面内，当电流方向如图时，线圈将: a靠近磁铁平移； b. 远离磁铁平移；c从上向下看顺时针转动，同时靠近磁铁；d从上向下看逆时针转动，同时靠近磁铁。3如图所示，两根平行放置的长直导线a和b，通有大小相等、方向相反的电流，a受到的磁场力为f1。当加入一个与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力变为f2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）af2 bf1f2cf1+f2d2f1f2 4质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab与导轨间动摩擦因数为，有电流时ab恰好静止在导轨上，如图所示，则在下列各图中，杆ab与导轨间的摩擦力可能为零的有（ ）5.如图所示，直导线ab放在蹄形磁铁上方可以自由活动，当通入由a指向b的电流时，导线 将( )a.a端转向纸处，b端转向纸内，且上升b.a端转向纸外，b端转向纸内，且下降c.a端转向纸内，b端转向纸外，且上升d.a端转向纸内，b端转向纸处，且下降6. 两条直导线互相垂直放置，相隔很小的距离，其中ab导线是固定的，导线cd可以自由移动。当两条导线通入如图所示的电流后，导线cd将（ ）a保持不动 b沿逆时针方向转动，同时靠近导线abc沿逆时针方向转动，同时远离导线abd沿顺时针方向转动，同时靠近导线ab7两平行的光滑导轨相距1m，轨道平面与水平面成30角，两导轨经变阻器r0接在电动势=12v，内阻r=1的直流电源上。一根重3n，电阻r=1的金属棒ab在轨道上垂直于轨道放置，如图所示。当r0=2时，并施加竖直向上的匀强磁场时金属棒恰好能静止在导轨上。（取g=10m/s2）。求：（1）匀强磁场的磁感应强度b的大小？（2）若不改变b的大小而方向改变为垂直于轨道平面向上，金属棒将如何运动？able8在倾角30的斜面上，固定一金属框，宽l0.25m，接入电动势e12v、内阻不计的电池。垂直框架面放有一根质量m0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数。整个装置放在磁感强度b0.8t，垂直框面向上的匀强磁场中，如图所示，当调节滑动变阻器r的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，框架与棒的电阻不计，g10m/s2）。3.4磁场对通电导线的作用力2参考答案课前预习：1.b 2.bd【例1】解析：设不通电时，弹簧长为x，则通向右的电流时，有k(x-y)=mg-bil通向左的电流时，有k(x+y)=mg+bil解得b=ky/il【例2】解析：要判断磁体的转动情况，就要知道通电导线对蹄形磁铁的作用力，而要判断磁体的作用力较为困难，我们可以假设磁铁不动，来考虑导线的受力的情况，然后根据牛顿第三定律判断磁铁的受力情况。首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分.由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力，右边的导线受到向左的作用力，所以导线左边向内转动，右边向外转动，现在导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的n极向外转动，s极向内转动，本题选c。b【例3】画出金属杆的截面图。由三角形定则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，b也最小。根据左手定则，这时b应垂直于导轨平面向上，大小满足：bi1l=mgsin， b=mgsin/i1l。当b的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得bi2lcos=mgsin，i2=i1/cos。【例4】画出截面图，建立f=bil fsin=ma i=e/r 得1.a 2.c 3.a 4.ab 5.b 6.b7.解：（1）由图中电源的方向可知金属棒ab中的电流方向是由a向b的。电源与变阻器r0和金属棒串联成闭合电路。当r0=2时，根据闭合电路的欧姆定律，通过金属棒的电流强度。从金属棒的b恻看去，画出导线受力的平面图如图15所示。由安培定则可以判断金属棒所受的安培力方向是水平向右的。金属棒在重力、安培力和轨道的支持力三个共点力作用下平衡，由平衡条件有：。由安培力公式，得到方程式，可求得：（2）当磁场方向改为垂直于轨道平面向上时，根据左手定则可知安培力应沿斜面向上，大小不变。由牛顿第二定律有和即可求出即导线将以0.77m/s2加速度沿斜面向上加速运动。8.解：金属棒受四个力作用：重力mg、重直框面向上的支持力n，沿框面向上的安培力f，沿框面的摩擦力f。金属棒静止在框架上时，摩擦力f的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分两种情况考虑。当变阻器r阻值较大时，i较小，安培力f较小，金属棒有沿框架下滑趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上。金属棒刚好不下滑时满足平衡条件。如图所示。nmgffie/r，b