1011版高中物理 5.4探究安培力课时讲练通课件 沪科版选修31.ppt

1 在探究安培力的方向与电流方向 磁场方向的关系时 能否同时改变二者的方向 提示 不能同时改变二者的方向 应该利用控制变量法 保持磁场方向或电流方向不变 探究安培力的方向与变化量的关系 若两者都变化 影响变化的原因难以确定 2 试探讨安培力的方向与磁场方向 电流方向的关系 提示 由左手定则知 安培力的方向既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直 即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面 3 安培力垂直于导线 垂直于磁场方向 那么电流也一定与磁场垂直吗 提示 根据左手定则 通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线 垂直于磁场 但由于导线可以沿任何方向放入磁场 所以电流不一定与磁场垂直 典例1 2010 杭州高二检测 在xoy平面中有一通电直导线ab与ox oy轴相交 导线中的电流方向如图所示 该区域有匀强磁场 通电直导线所受安培力的方向与oz轴的正方向相同 该磁场的磁感应强度的方向可能是 a 沿x轴负方向b 沿y轴负方向c 沿z轴正方向d 沿z轴负方向 思路点拨 解答本题应按如下思路进行 1 在原图中标出电流方向与安培力方向 2 用左手定则确定磁场方向的指向范围 3 注意磁感线的斜穿手心情况 即正确分解磁感应强度 自主解答 选a b 当电流方向与磁场方向不垂直时 可以将磁感应强度进行分解 分解为与电流方向垂直的分量和与电流方向平行的分量 根据左手定则 手心应与磁感应强度垂直电流方向的分量垂直 当磁感应强度的方向为x轴负方向或y轴负方向时 都有与电流垂直的分量 根据左手定则 受力方向都沿z轴正方向 如图所示 a b正确 典例2 如图所示 把轻质导电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于线圈平面 当线圈内通入如图方向的电流后 则线圈 a 向左运动b 向右运动c 静止不动d 无法确定 思路点拨 解答本题一般按如下思路进行 1 明确电流周围磁场的分布情况 2 用左手定则确定各部分电流受安培力方向情况 3 根据受力确定物体运动情况 4 也可以用等效法 结论法等简洁方法直接判定 自主解答 选a 方法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培定则 线圈等效成小磁针后 左端是s极 右端是n极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 方法二 电流元法 如图所示 取其中的上 下两小段分析 根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 1 通电导线如果在磁场中不受安培力作用 能否说明该处磁感应强度为零 提示 不能 当把通电导线与磁场平行放置时 导线所受安培力为零 但该处的磁感应强度不为零 2 匀强磁场中 当通电导线与磁场方向垂直时 导线受到的安培力为f ilb 所以导线所在位置处的磁感应强度这是磁感应强度的另一种定义方法 由此我们能否判断 b与f成正比 与il成反比 当把磁场中某受力通电导线取走后 该处的磁感应强度为零吗 提示 磁感应强度b由磁场本身决定 与放入的通电导线无关 所以不能说b与f成正比 与il成反比 当把磁场中某点的通电导线取走后 该处的磁感应强度不变 并不为零 3 当通电导线与磁场方向既不垂直也不平行时所受安培力如何计算 提示 如图 假设通电导线与磁场方向成 角 可以把磁感应强度b分解为两个分量 与电流方向垂直的分量b1 bsin 与电流平行的分量b2 bcos b2分量不会对电流产生安培力 所以此通电导线所受的安培力即为分量b1对导线的安培力f ilb1 ilbsin 4 磁场越强 放入磁场中的通电导线所受安培力一定越大吗 提示 由于通电导线所受安培力大小与电流大小 导线长度 磁场的强弱以及导线与磁场方向夹角有关系 所以磁场越强通电导线所受安培力不一定越大 典例3 2010 泰州高二检测 如图所示 质量为m的导体棒mn静止在水平导轨上 导轨宽度为l 已知电源的电动势为e 内阻为r 导体棒的电阻为r 其余接触电阻不计 磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为 磁感应强度为b 求轨道对导体棒的支持力和摩擦力 思路点拨 解答此题应明确以下三点 1 将立体图转为投影图进行受力分析 2 用左手定则判断通电导线受的安培力 3 正交分解法处理平衡问题 自主解答 本题为涉及安培力时的物体平衡问题 通过对通电导体棒的受力分析 根据共点力平衡方程求解 棒的受力分析如图所示 由闭合电路欧姆定律由安培力公式f bil 由共点力平衡条件fsin ff fn fcos mg 整理得答案 典例4 如图所示 通电导体棒ab质量为m 长为l 水平放置在倾角为 的光滑斜面上 通以如图所示方向的电流 电流强度为i 欲使导体棒ab静止在斜面上 1 若磁场方向竖直向上 则磁感应强度b为多大 2 若要求磁感应强度最小 求磁感应强度的大小和方向 思路点拨 求解此题应把握下面四点 1 将立体图转化为平面图 2 对导体棒进行受力分析 3 对导体棒列平衡方程 4 利用数学知识求极值 标准解答 1 对导体棒受力分析如图所示 由平衡条件得bil mgtan 2 设安培力方向与斜面夹角为 对导体棒受力分析如图所示由平衡条件得b ilcos mgsin b 当 0 时 b 最小 其最小值为b min 由于安培力方向平行斜面向上 电流方向垂直纸面向里 由左手定则可判断磁场方向垂直斜面向上 答案 1 2 垂直斜面向上 知识点1 安培力的方向1 2009 海南高考 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 选d a图中导线不受力 故它不会弯曲 a错 b图中导线受到垂直纸面向里的安培力 它不会向右弯曲 b错 c中导线受到水平向右的安培力 导线不会向左弯曲 c错 d中导线受到水平向右的安培力 故它向右弯曲 d对 2 如图所示 三根通电长直导线p q r互相平行且通过正三角形的三个顶点 三条导线中通有大小相等 方向垂直纸面向里的电流 通过直导线产生的磁场的磁感应强度b i为通电导线的电流大小 r为与通电导线的距离 k为常量 则通电导线r受到的磁场力的方向是 a 垂直r 指向y轴负方向b 垂直r 指向y轴正方向c 垂直r 指向x轴负方向d 垂直r 指向x轴正方向 解析 选a 安培力的方向与电流方向垂直 p q在r处产生的合磁场方向沿x轴正方向 由左手定则可以判断出r受到的磁场力方向指向y轴负方向 a正确 3 如图所示 把一重力不计可自由运动的通电直导线ab水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 当通以图示方向的电流时 导线的运动情况是 从上往下看 a 顺时针方向转动 同时下降b 顺时针方向转动 同时上升c 逆时针方向转动 同时下降d 逆时针方向转动 同时上升 解析 选c 两个磁极对电流的安培力方向不同 把电流分为两部分 左半部分受力方向向外 右半部分受力方向向里 从上往下看 通电导线将沿着逆时针方向转动 当导线转到垂直于纸面的方向时 电流受力向下 导线将向下运动 c项正确 知识点2 安培力的大小4 如图所示 在平面m内放有一半径为r的半圆形导线 导线中所通的电流为i1 在半圆线圈圆心o处垂直平面m放一长直导线 导线中通以向上的电流i2 已知长直导线在半圆形导线处产生的磁感应强度为b 则半圆形导线所受的安培力的大小是 a 2bi1rb 2bi2rc bi1rd 0 解析 选d 直线电流产生的磁场是一组同心圆 i1为半圆形电流 与磁场方向平行 所以半圆形导线不受安培力 d项正确 5 2010 聊城高二检测 如图所示 在磁感应强度为1t的匀强磁场中 有两根相同的弹簧 下面挂一条长0 5m 质量为0 1kg的金属棒mn 不通电时弹簧伸长10cm 欲使弹簧恢复到原长 则棒上应通过的电流的大小和方向如何 g取10m s2 解析 导线所受安培力的大小f ilb 要使弹簧不伸长 导线所受安培力的方向应向上且大小与重力相等f mg解得 i 2a由左手定则判断电流方向自左向右 答案 2a自左向右 6 2010 徐州高二检测 如图所示 平行金属导轨pq与mn都与水平面成 角 相距为l 一根质量为m的金属棒ab在导轨上 并保持水平方向 ab棒内通有恒定电流 电流大小为i 方向从a到b 空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场 ab棒在磁场力作用下保持静止 并且棒与导轨间没有摩擦力 求磁感应强度b的大小和方向 解析 金属棒受力如图所示 根据力的平衡条件可知 f安 mgsin 而f安 bil可得b 由左手定则可知 b的方向垂直导轨平面向下答案 方向垂直导轨平面向下 一 选择题 本题包括6个小题 每小题3分 共18分 1 2010 益阳高二检测 在下列各图中 分别标出了磁场b的方向 电流i的方向和导线所受安培力f的方向 其中正确的是 解析 选c 本题考查用左手定则判断安培力的方向 根据左手定则 四指指向电流方向 让磁感线垂直穿入手心 则大拇指所指的方向即是安培力的方向 只有c符合左手定则 故正确答案为c 2 一根长为0 2m 电流为2a的通电导线 放在磁感应强度为0 5t的匀强磁场中 受到的安培力大小可能是 a 0 4nb 0 2nc 0 1nd 0 解析 选b c d 由安培力的公式f ilbsin 可知 安培力的大小与i和b的夹角有关 当 90 时 f最大 fmax ilb 2 0 2 0 5n 0 2n 当 0 时 f最小 fmin 0 故f的大小范围是0 f 0 2n 故选b c d 3 在赤道上竖立一避雷针 当一团带负电的乌云经过其正上方时 避雷针发生放电 则地磁场对避雷针的作用力 a 向东b 向西c 向南d 向北 解析 选b 作出如图所示的方位图 带负电的云层放电 则避雷针中的电流方向竖直向上 由左手定则判断 地磁场对避雷针的作用力向西 b项正确 4 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 可判断这两段导线 a 相互吸引 fa fbb 相互排斥 fa fbc 相互吸引 fa fbd 相互排斥 fa fb 解析 选d 电键s闭合后 mm nn 中产生平行反向电流 据安培定则和左手定则可知 两导线相互排斥 a c错 电键s置于b处时 两段导线中的电流较大 导线产生较强的磁场 对另一导线产生较大的安培斥力 即fa fb 故b错 d对 5 一条形磁铁放在水平桌面上 在它的上方靠s极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒 图中只画出此棒的横截面图 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 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 选a d 对导体棒 通电后 由左手定则 导体棒受到斜向左下的安培力 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 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 2010 常州高二检测 某专家设计了一种新型电磁船 它不需螺旋桨推进器 航行时平稳而无声 时速可达100英里 这种船的船体上安装一组强大的超导线圈 在两侧船舷装上一对电池 导电的海水在磁场力作用下即会推动船舶前进 如图所示是超导电磁船的简化原理图 ab和cd是与电池相连的导体 磁场由超导线圈产生 以下说法正确是 a 船体向右运动b 船体向左运动c 无法断定船体向哪个方向运动d 这种新型电磁船会由于良好的动力性能而提高船速 解析 选a d 海水中电流方向从cd流向ab 由左手定则知 此电流受到向左的安培力 船在海水的反冲作用下 将向右运动 a正确 该船靠安培力作为动力 不需螺旋桨推进器 航行时平稳而无声 提高了船速 d正确 二 非选择题 12分 7 2010 大连模拟 水平放置的光滑金属导轨宽l 0 2m 接有电源电动势e 3v 电源内阻及导轨电阻不计 匀强磁场竖直向下穿过导轨 磁感应强度b 1t 导体棒ab的电阻r 6 质量m 10g 垂直放在导轨上并良好接触 如图 求合上开关的瞬间 1 金属棒受到安培力的大小和方向 2 金属棒的加速度 解析 1 i 0 5af bil 1 0 5 0 2n 0 1n 方向水平向右 2 a m s2 10m s2 方向水平向右答案 1 0 1n水平向右 2 10m s2 水平向右 1 5分 图示的装置中 劲度系数较小的金属轻弹簧下端恰好浸到水银面 电源电动势足够大 当闭合开关s后 弹簧将 a 保持静止b 收缩c 变长d 不断上下振动 解析 选d 在开关闭合的瞬间 有电流流过弹簧 弹簧可以看成由很多匝环形电流组成 每一匝环形电流相当于一个小的条形磁铁 由右手螺旋定则可以判断出各匝相互吸引 弹簧收缩后脱离水银 弹簧中无电流 各匝不再相互吸引 弹簧恢复原长 又与水银接触 接触 通电 再又重复上述过程 故弹簧不断上下振动 2 6分 在原子反应堆中抽动液态金属等导电液时 由于不允许传动机械部分与这些流体相接触 常使用一种电磁泵 如图表示这种电磁泵的结构 将导管置于磁场中 当电流i穿过导电液时 这种导电液即被驱动 若导管的内横截面积为a h 磁场区域的宽度为l 磁感应强度为b 导电液穿过磁场区域的电流为i 求驱动力所产生的压强 解析 磁场垂直导管向外 通电导管的电流方向竖直向上 通电导电液的有效长度为h 故通电导电液所受安培力f ihb 方向水平向右 在此力作用下 导电液向右运动 此安培力产生的压强答案 3 2010 镇江高二检测 9分 质量为m 0 02kg的通电细杆 ab置于倾角 37 的平行放置的导轨上 导轨宽度为d