2011届高三物理一轮复习 3.2磁场对电流的作用学案 新人教版选修3-1

20112011 届高三物理一轮复习全案 届高三物理一轮复习全案 3 23 2 磁场对电流的作用 选修磁场对电流的作用 选修 3 13 1 考纲知识梳理考纲知识梳理 一 安培力的大小和方向 1 安培力的大小 1 在匀强磁场中 在通电直导线与磁场方向垂直的情况下 电流所受的安培力 F 安等于磁 感应强度 B 电流 I 和导线长度 L 三者的乘积 F安 BIL 通电导线方向与磁场方向成 角时 F安 BILsin 2 当 I B 时 90 Fmax BIL 3 当 I B 时 0 Fmin 0 2 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 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 2 安培力方向的特点 总是垂直于 B 和 I 所决定的平面 即 F 安 B 且 F 安 I 但 B L 不一定垂直 已知 B 和 I 的方向 可用左手定则唯一确定 F 安的方向 已知 B 和 F 安的方向 当导线的位置确定时 可唯一确定 I 的方向 已知 I 和 F 安的方向 不能唯一确定 B 的方向 二 磁电式电流表工作原理 由于这种磁场的方向总是沿着径向均匀地分布的 在距轴线等距离处的磁感应强度的大 小总是相等的 这样不管线圈转到什么位置 线圈平面总是跟它所在位置的磁感线平行 I 与指针偏角 成正比 I 越大指针偏角越大 因而电流表可以量出电流 I 的大小 且刻度 是均匀的 当线圈中的电流方向改变时 安培力的方向随着改变 指针偏转方向也随着改变 又可知道被测电流的方向 要点名师精解要点名师精解 一 通电导体在安培力作用下运动的判断 1 电流元法 即把整段电流等效为多段直线电流元 先用左手定则判断出每小段电流元 所受安培力的方向 从而判断整段电流所受合力方向 最后确定运动方向 2 特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向 从而 确定运动方向 3 等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电 流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 4 利用结论法 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 体磁场中所受的安培力 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 6 分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤 画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况 用左手定则确定各段通电导线所受安培力 据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况 7 磁场对通电线圈的作用 若线圈面积为 S 线圈中的电流强度为 I 所在磁场的磁感应 强度为 B 线圈平面跟磁场的夹角为 则线圈所受磁场的 力矩为 M BIScos 例 1 如图所示 一水平导轨处于与水平方向成 45 角向左上方的匀强磁场中 一根通有 恒定电流的金属棒 由于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运动 现将磁场方向 沿顺时针缓慢转动至竖直向上 在此过程中 金属棒始终保持匀速运动 已知棒与导轨间动 摩擦因数 b f B 相互排斥 a f b f C 相互吸引 a f b f D 相互排斥 a f b f 考点精题精练考点精题精练 1 如图所示 在倾角为 的光滑斜面上 垂直纸面放置一根长为 L 质量为 m 的直导体棒 当导体棒中的电流 垂直纸面向里时 欲使导体棒静止在斜面上 可将导体棒置于匀强磁场中 当外加匀强磁场的磁感应强度 B 的方向在纸面内由 垂直向上沿逆时针转至水平向左的过程中 下列关于 B 的大小变化的说法中 正确的是 C A 逐渐增大B 逐渐减小 C 先减小后增大D 先增大后减小 2 条形磁铁放在水平桌面上 它的上方靠近S极一侧悬挂一根与它垂直的导电 棒 如图 11 2 12 所示 图中只画出棒的截面图 在棒中通以垂直纸面向里的电 流的瞬间 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 磁铁受到向左的摩擦力 D 磁铁受到向右的摩擦力 3 如图 11 2 13 所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线 可以自由转动 当导线通入图示方向电流I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 4 如图 11 2 14 所示 一根通有电流I1的长直导线在通有电流I2的矩形线圈的平 面内 导线固定 线圈将会出现下列哪种运动 A 向着导线转动 B 向着导线平动 C 绕轴OO 转动 D 绕轴NN 转动 图 11 2 12 图 11 2 13 5 倾角为 的导电轨道间接有电源 轨道上静止放有一根金属杆ab 现垂直轨道平面向上 加一匀强磁场 如图 11 2 15 所示 当磁感应强度B逐渐增加的过程中 ab杆受到 的静摩擦力 A 逐渐增大 B 逐渐减小 C 先增大后减小 D 先减小后增大 6 一通电细 杆置于倾斜的 导轨上 杆与 导轨间有摩擦 当有电流时直 杆恰好在导轨 上静止 图 11 2 16 是它的四个侧视图 标出了四种可能的磁场方向 其中直杆与导轨间的摩擦力可能 为零的是 AB 7 如图图 11 2 17 所示 弹簧秤下挂一条形磁铁 其中条形磁铁 N 极的一部分位于未通电 的螺线管内 下列说法正确的是 若将 a 接电源正极 b 接负极 弹簧秤示数减小 图 11 2 15 ABCD 图 11 2 16 图 11 2 17 若将 a 接电源正极 b 接负极 弹簧秤示数增大 若将 b 接电源正极 a 接负极 弹簧秤示数增大 若将 b 接电源正极 a 接负极 弹簧秤示数减小 A B C D 答案 B 8 如图图 11 2 18 中A为电磁铁 C为胶木秤盘 A和C 包括支架 的总质量为M B为铁 片 质量为m 整个装置用轻绳悬挂于O点 当电磁铁通电后 在铁片被吸引上升的过程 中 轻绳拉力为F 则有 A Mg F M m g B F M m g C F不断增大 D F先增大后减小 9 根据磁场对电流会产生作用力的原理 人们研制出一种新型的发射炮弹的装置 电磁 炮 它的基本原理如图 11 2 19 所示 把待发射的炮弹 导体 放置在处于强磁场中的两条 平行导轨上 给导轨通以很大的电流 使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下 沿导轨作 加速运动 以某一速度发射出去 1 试标出图中炮弹的受力方向 2 如果想提高某种炮弹的发射速度 理论上可以怎么办 3 1982 年澳大利亚国立大学制成了能把 2 2g 的弹体 也包括金属杆EF的质量 加速到 10km s 的电磁炮 常规炮弹的速度约为 2km s 若轨道宽 2m 长为 100m 通过 的电流为 10A 则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大 磁场力的最大功率 为多少 2 增大磁感应强度 增大导轨电流 增大两导轨间距和两导轨的长度 3 55T 1 1 107W 图 11 2 19 图 11 2 18 10 在倾角为 的光滑斜面上 置一通有电流I 长L质量为m的导体 棒 如图 11 2 20 所示 试求 1 欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方 向 2 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场的磁感应强度 B的最小值和方向 3 分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直L 应外加磁场的方向范围 1 IL mg sin 垂直斜面向上 2 IL mg 水平向左 3 1111 如图所示 宽度为 L 的足够长的平行金属导轨 MN PQ 的电阻不计 垂直导轨水平放置 一质量为 m 电阻为 R 的金属杆 CD 整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中 导轨平面与 水平面之间的夹角为 金属杆由静止开始下滑 动摩擦因数为 下滑过程