高考物理总复习 82磁场对通电直导线的作用力课件 新人教版.ppt

第2单元磁场对通电直导线的作用力 一 安培力的大小和方向1 安培力的大小f bilsin 其中 为磁感应强度b的方向与导线方向间的夹角 2 安培力方向的判断 左手定则内容 伸开左手 使拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在同一个平面内 让磁感线垂直从手心进入 并使四指指向电流的方向 这时大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 说明 安培力垂直磁场和导线 电流 所决定的平面 而电流和磁场的方向不一定垂直 例1 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 解析 图示电流与磁场平行 导线不受力的作用 故a项错误 由左手定则判得 安培力的方向垂直纸面向里 故b项错误 由左手定则判得 安培力的方向水平向右 故c项错误 由左手定则判得 安培力的方向水平向右 故d项正确 答案 d 二 同向异向电流的相互作用两根长直通电导线的作用 同向异向电流的相互作用作为基础知识点 必须熟练掌握结论得出的分析方法 即将空间三维的图象转化为二维图 便于画受力分析图 根据安培定则和左手定则可以判定 两根通以同向电流的长直导线相互间为吸引作用 反向电流则为排斥作用 结论 同向电流相互吸引 异向电流相互排斥 与正负电荷 异名磁极间的相互作用结论恰好相反 例2 如右图所示 两根平行放置的长直导线a和b 通以大小相等 方向相反的电流 a受到磁场力大小为f1 当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后 a受到的磁扬力大小变为f2 则此时b受到磁场力大小变为 a f2b f1 f2c f1 f2d 2f1 f2 解析 根据安培定则和左手定则 知a导线受b的电流形成的磁场作用力为f1方向向左 同理b受a的磁场作用力大小也为f1方向向右 新加入的磁场无论向里还是向外 对a b的安培力总是等大反向 既然a b原来的磁场力等大反向 那么新受的磁场力也等大反向 所以最终a b各自受到的磁场力还是等大反向 比如 新加入的磁场为垂直纸面向里 如图所示的受力分析可知 a受到的作用力f2 f1 f 同理可判断出b的受力也是f2 f1 f 答案 a 学法指导 从本题可以看出 对于基础知识掌握的重要性 解决此题 必须将 同向异向电流的相互作用 的分析方法理解并掌握 即将空间三维的磁场与电流和受力转化为二维空间进行受力分析的画图 并根据题意情景逐一分析 切忌乱做乱猜 那样是训练不出科学的思辨能力的 三 电流计的工作原理电流计是利用磁场对电流的作用制成的 叫做磁电式仪表 其构造如图所示 当有电流经弹簧流经线圈时 安培力矩m1 使铝框及指针转动 螺旋弹簧由于被扭动而产生一个阻碍铝框转动的力矩m2 指针最终停在m1 m2的位置 所以电流大小不同 m1大小就不同 指针最终的偏转角度也不同 因此 可根据指针偏转角度的大小 来测电流的强弱 其中可以确定的是 通过线圈的电流正比于指针偏转角度 其中辐射状的磁场的分布目的是为线圈受到的安培力f bil 这样每处的电流都与磁场方向垂直 使得安培力增大 力矩增大 故制作的电表的刻度为线性关系 刻度均匀 例3 如图所示 一个表头并联一个电阻后改装为一个电流表 证明电流表通过的电流和表头指针偏转角度成正比 量程范围内 一 判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动 1 利用电流元分析电流方法 就是把处在磁场中的电流根据条件的不同 划分成几个部分 针对各部分的受力情况确定整体的运动情况 例1 如右图所示 用细绳悬于o点的可自由转动的通电导线ab放在蹄形磁铁的上方 当导线中通以图示方向电流时 从上向下看ab的转动方向及细绳中张力如何变化 a ab顺时针转动 张力变大b ab逆时针转动 张力变小c ab顺时针转动 张力变小d ab逆时针转动 张力变大 解析 在导线上靠近a b两端各取一个电流元 a处电流元所在磁场向上穿过导线 根据左手定则 该处导线受力向外 同理b处电流元受安培力向里 所以从上向下看 导线逆时针转动 同时 由于导线转动 所以导线在垂直纸面方向有了投影 对于此有效长度来说 磁感线是向右穿过导线 再根据左手定则可判定导线有向下运动的趋势 答案 d 名师点拨 微元法实际上是利用了某段导线的某些物理量的共性问题 它是物理学中常用的一种研究方法 另外 在该题中还要注意 不要忽视了导线转动后引起的其他变化 2 等效方法的应用等效方法就是把通电圆环 或通电线圈 看成一个小磁体 然后再根据磁体中的同性相斥 异性相吸的方法 来判断磁体的运动情况 或电流环的运动情况 例2 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 解析 首先根据微元法确定导体环的左边向纸内转 右边向纸外转 从另外一个观点看 导体环等效成垂直纸面向里的磁铁 用安培定则可以确定里端为n极 外端为s极 所以和左端的条形磁铁间为吸引作用 答案 c 学法指导 等效 绝非 等同 其实导体环和磁铁之间的相互作用还是属于电流和磁体的作用 而非两磁体的作用 相互间为吸引力的原因是磁场磁感线不是垂直于导体环平面 导致导体环受的安培力并非在导体环所在平面内 使导体环沿垂直环面方向受力 发生移动 二 巧妙选取研究对象解决疑难 例3 如右图所示 一条形磁铁放在水平桌面上 在其上方靠近左端固定一根与磁铁垂直的水平直导线 当导线通以图示方向电流时 a 磁铁对桌面的压力将减小b 磁铁对桌面的压力将增大c 磁铁将受到向左的摩擦力d 磁铁将受到向右的摩擦力 解析 直接研究通电导线对磁铁的作用力不是方便的事情 但是可以先研究磁铁对通电导线的作用力 根据牛顿第三定律 二力是等大反方向的 根据条形磁铁的磁感线分布特点 导线处的磁感线是垂直导线斜向左下方的 因此 根据左手定则 可以判断导线受的安培力斜向左上方 由牛顿第三定律 可得出通电导线对条形磁铁的力斜向右下方 增加了磁铁对桌面的挤压并使磁铁相对桌面有向右滑动的趋势 答案 bc 名师点拨 此题中 如果导线是从左向右平移 则作用于磁铁的磁场力会发生顺时针转动 当导线位于磁铁正上方时 磁场力竖直向下 此时桌面对磁铁的摩擦力为零 随后 随着导线的连续平移 磁铁受的磁场力斜向左下方 磁铁受的摩擦力随之变为沿桌面向右 通电导线受力的几种典型受力视图安培力 磁场 电流三者方向的关系为空间三维关系 在立体图中不易将通电导线受力及其关系表达清楚 通电导体的受力之所以容易出错 很大一部分因素在如何将空间的三维受力图转化为二维受力图 因此以下几种受力视图是基础 自己应理解并会画 一 平面受力纵切面视图 例1 质量为m的导体棒mn静止于宽度为l的水平导轨上 通过mn的电流为i 匀强磁场的磁感应强度为b 方向与导轨平面成 角斜向下 且磁场的方向与mn垂直 如图所示 求mn所受的支持力和摩擦力的大小 解析 导体棒mn处于平衡状态 注意题中磁场方向与mn是垂直的 作出其纵切面视图 只能看到mn的截面在水平导轨上 m端的电流为 点 出 对mn进行受力分析 如图所示 由平衡条件 有f fsin n fcos mg 其中f bil 解得n bilcos mg f bilsin 答案 n bilcos mgf bilsin 二 斜面受力侧视图 例2 如图所示 通电细杆ab质量为m 置于倾角为 的导轨上 导轨和杆间不光滑 有电流时 杆静止在导轨上 下图是四个侧视图 标出了四种匀强磁场的方向 其中摩擦力可能为零的是 解析 因为杆静止在导轨上 所受合力为零 如果杆和导轨无挤压或者杆相对于导轨无滑动的趋势 则摩擦力为零 根据左手定则 四指指电流方向 磁感线垂直穿过手心 则大拇指指向为安培力的方向 所以a项中f水平向右 b项中f竖直向上 c项中f竖直向下 d项中f水平向左 a b项满足题意 答案 ab 学法指导 本题是将立体图转化为平面受力图 三 竖直面受力侧视图 例3 如图所示 电动势e 2v r 0 5 竖直导轨宽l 0 2m 导轨电阻不计 另有一金属棒m 0 1kg 电阻r 0 5 它与导轨间的动摩擦因数 0 4 靠在导轨的外面 为使金属棒静止不下滑 加一与纸面夹角为30 且与导体棒垂直并指向纸内的匀强磁场 g 10m s2 求 磁感应强度的方向及取值范围 解析 从b向a观察 取b端截面对应的侧视图 如图所示 由题意 知磁场有两个可能方向 即斜向右上方和右下方 由左手定则及平衡条件 可判定b应斜向右下方 当b取最小值时 安培力f最小 棒有下滑趋势 摩擦力向上 根据平衡条件 可得 g fsin30 f n fcos30 又有f n 联立三式可得bmin 2 95t 当b取最大值时 安培力最大 棒有上滑趋势 摩擦力向下 和图中相反 同样根据平衡条件 可以求出其值为bmax 16 28t 答案 斜向下 2 95t b 16 28t 四 曲面受力侧视图 例4 如图所示 固定的两光滑导体圆环半径为0 5m 相距1m 在两圆环上放一导体棒 圆环上接有电源 电源的电动势为3v 内电阻不计