高三物理 专题二 安培力复习讲义

用心 爱心 专心1 专题二专题二 安培力安培力 达标指要达标指要 掌握安培力方向的判定 即左手定则的应用 理解影响安培力大小的物理量 准确 分析通电导线之间的相互作用力 磁场对通电线圈的作用力 名题精析名题精析 例例 1 1 如图 11 2 1 甲 所示 两根 平行放置的长直导线a和b载有大小相同 方向相反的电流 a受到磁场力大小为 F1 当放入一与导线所在平面垂直的匀强 磁场后 a受到磁场力大小为F2 则此时 b受到磁场力大小变为 A F2B F1 F2 C F1 F2D 2F1 F2 分析与解 分析与解 原来两反向平行直线导线在对方导线附近产生的磁场Ba Bb的方向都垂 直纸面向里 两导线间的相互作用力是一对作用力与反作用力 其大小都为F1 如图 11 2 1 乙 所示 当加入垂直纸面的另一匀强磁场后 无论其方向是向里或向外 两导线所在区域的 磁场发生同样的变化 因此 a导线受力大小变为F2时 b导线受力大小一定为F2 例例 2 2 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 2 所示 试问 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的大小和 方向 3 分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直l 应加外磁场的方向范围 分析与解 分析与解 此题属于电磁学和静力学综合题 研究对象为通电导体棒 所受力为重 力mg 弹力FN 安培里F 属于三个共点力的平衡问题 要使棒静止在斜面上 当安培 I 图 11 2 2 x y F1 B1 F2 N mg B2 图 11 2 3 a a b b I I F1 F1 Ba Bb 图 11 2 1 I I 甲 乙 用心 爱心 专心2 力等于重力沿斜面向下分力mgsin 且B垂直l时 B值最小 要使棒对斜面无压力 则 棒不受斜面的支持力 此时应有安培力与重力相平衡 导体棒只受两个力作用 1 因BIl mgsin 所以B mgsin Il 由左手定则知 B的方向垂直斜面向 上 2 mg BIl B mg Il 由左手定则知 B 的方向应水平向左 3 此问题讨论的只是问题的可能性 并没有具体研究满足平衡的定量关系 为讨 论问题方便建立如图 11 2 3 所示的直角坐标系 欲使棒有可能平衡 安培力F的方向须 限定在图上F1和F2之间 由图不难看出 F的方向应包括F2的方向 但不能包括F1的方 向 根据左手定则 B与 x的夹角 满足 思路点拨思路点拨 例 1 考查了通电直导线间安培力的特点 作用力与反作用力 两通电直导线受同一 磁场的安培力大小及方向的判断 例 2 属于电磁学和静力学综合题 研究对象为通电导体棒 所受力为重力mg 弹力 N 安培F 属于三个共点力的平衡问题 正确分析各种平衡条件 益智演练益智演练 1 如图 11 2 4 所示 一长L的直导线通以大小为I的电 流 放在垂直于导线的磁感应强度为B的匀强磁场中 则导线所受安培力大小为 A BLIsin B BLIcos C BLI sin D BLI 2 将一根长为L的直导线 由中点折成直角形放入磁感应强度为B的匀强磁场中 导线 所在平面与磁场垂直 当导线中通以电流I后 磁场对通电导线的作用力大小为 A BIL B 2 1 BIL C 2BIL D 2 2 BIL 3 关于通电导线所受安培力F的方向与磁场磁感应强度B的方向和电流的方向之间的关 系 下述说法正确的是 A F B I三者总是互相垂直的 B F总与B和I垂直 但B I之间可以不垂直 C B总与F和I垂直 但F I之间可以不垂直 D I总与F和B垂直 但F B之间可以不垂直 4 在赤道上某处有一竖直直立的避雷针 当带有正电荷的乌云经过避雷针的上方并通过 避雷针形成电流时 地磁场对避雷针的作用力的方向为 A 向东 B 向南 C 向西 D 向北 5 当放在同一平面内的长直导线MN和金属框通以如图 11 2 5 所示的电流时 MN固定不 B 图 11 2 4 用心 爱心 专心3 动 金属框的运动情况是 A 金属框将靠近MN B 金属框将远离MN C 金属框将以xx 为轴转动 D 金属框将以yy 为轴转动 6 如图 11 2 6 所示 两个同样的导线环同轴平行悬挂 相隔一小段距离 当同时给两 导线环通以同向电流时 两导线环将 A 吸引 B 排斥 C 保持静止D 边吸引边转动 7 如图 11 2 7 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 导线可以自由移动 当导 线通过图示方向电流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 8 如图 11 2 8 所示 通电圆线圈套在条形磁铁右端 磁场对通电圆线圈作用的结果 使得 A 圆线圈面积有被拉大的倾向 B 圆线圈面积有被压小的趋势 C 线圈将向右平移 D 线圈将向左平移 9 矩形导线框abcd中通有恒定的电流I 线框从如图 11 2 9 所示位置开始绕中心轴OO 转动 90 在此过程中线框始 终处于水平方向的匀强磁场中 以下好说法中正确的是 A ad bc两边所受磁场力始终为零 B ab cd两边所受磁场力的合力始终为零 C ab cd两边均受到恒定磁场力 D 线框所受的磁场力的合力始终为零 10 如图 11 2 10 所示 静止的圆形线圈有逆时针的电流 在其直径AB靠近B点处放一根垂直于线圈平面且固定不 y N M x y 图 11 2 5 x I NS 图 11 2 8 a b c d O O 图 11 2 9 N S AB I 图 11 2 7 图 11 2 6 AB I I 图 11 2 10 用心 爱心 专心4 动的长直导线 当直导线中通过垂直纸面向里的电流后 则圆形线圈将 A 仅向左平动 B 仅向右平动 C 以 AB 为轴转动 且向左平动 D 以 AB 为轴转动 且向右平动 11 磁场具有能量 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度 其值为B2 2 式中 B是磁感应强度 是磁导率 在空气中 为一已知常数 为了近似测得条形磁 铁磁极端面附近的磁感应强度B 一学生用一根端面面 积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P 再用力将 铁片与磁铁拉开一段微小距离 l 并测出拉力F 如图 11 2 11 所示 因为F所做的功等于间隙中磁场的能量 所以由此可得磁感应强度B与F A之间的关系式为 B 12 如图 11 2 12 所示 在两根劲度系数都为k的相同的轻质弹簧下悬挂有一根导体棒 ab 导体棒置于水平方向的匀强磁场中 且与磁场垂直 磁场方向垂直纸面向里 当导体棒中通以自左向右的恒定电流时 两弹簧各伸长了 L1 若只将电流反向而 保持其他条件不变 则两弹簧各伸长了 L2 求 1 导体棒通电后受到的磁场力的大小 2 若导体棒中无电流 则每根弹簧的伸长量为多少 13 如图 11 2 13 所示 倾角为 的光滑斜面上 有一长为L 质量为m的通电导线 导线中的电流强度为I 电流方向垂直纸面向外 在图中加一匀强磁场 可使导线平 衡 试求 最小的磁感应强度B是多少 方向如何 14 如图 11 2 14 所示 两根平行放置的长直导线a和b载有大小相等方向相同的电流 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受到磁场力 大小为F2 求此时b受到磁场力的大小 I 图 11 2 13 图 11 2 11 N l N P F 图 11 2 12 II a b 图 11 2 14 用心 爱心 专心5 15 如图 11 2 15 所示 宽为l的金属框架和水平面夹角为 并处于磁感应强度为B 的匀强磁场中 磁场方向垂直于框架平面 导体棒ab的质量为m 长度为d置于金 属框架上时将向下匀加速滑动 导体棒与框架之间的最大静摩擦力为f 为使导体棒 静止在框架上 将电动势为E 内阻不计的电源接入电路 若框架与导体棒的电阻不 计 求需要接入的滑动变阻器R的阻值范围 16 如图 11 2 16 所示 金属棒ab的质量m等于 5 g 放在相距L为 1 m 的光滑金属导 轨上 磁感应强度B 0 5 T 方向竖直向上 电容器的电容C 200 F 电源电动势 E 16 V 导轨距地面高度h 0 8 m 当单刀双掷开关先掷向 1 后 再掷向 2 金属棒 被抛到水平距离s 6 4 cm 的地面上 问电容器两端的电压还有多大 17 一半径为R 均匀带电的轻质细塑料环 总带电量为Q 置于与环面垂直的匀强磁场 中 磁感应强度为B 如图 11 2 17 所示 当以圆心为轴 以角速度 转动时 环 中的张力为多少 R 图 11 2 17 MN ab R B 图 11 2 15 h s a b 1 2 S c 图 11 2 16 用心 爱心 专心6 18 如图 11 2 18 所示是磁流体泵的示意图 已知 磁流体泵是高h的矩形槽 槽左右 相对的两壁是导电的 它们之间距离为l 两导电壁加上电势差为U的电场 垂直于 纸面的前后两非导电壁加上磁感应强度为B的均匀磁场如图所示 槽的下部与水银 面接触 上部与竖直的非导电管相连 已知水银的电 阻率为r 水银的密度 重力加速度为g 试问 1 水银能上升条件 2 在 1 问的条件下 求水银上升的高度 以上 各已知量都是国际单位制单位 19 如图 11 2 19 所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图 一边长为L 截面 为正方形的塑料管道水平放置 其右端面上有一截面积为A的小喷口 喷口离地的 高度为h 管道中有一绝缘活塞 在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a b 其中棒b的两端与一电压表相连 整个装置放在竖直向上的匀强磁场中 当棒a中 通有垂直纸面向里的恒定电流I时 活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出 液体 落地点离喷口的水平距离为s 若液体的密度为 不计所有阻力 求 1 活塞移动的速度 2 该装置的功率 3 磁感应强度B的大小 学后反思学后反思 无论导线中电流方向与磁场方向是否垂直 只要二者不平行 导线必然受安培力 且安培力一定垂直于电流方向和磁场方向 对于通电线圈 分清各边受力与整体的合力 平动与转动 参考答案参考答案 1 D 2 D 3 B 4 A 5 A 6 A 7 C 8 BD 9 BCD 10 C 11 2 F A 12 1 21 kLL 2 12 2 LL 13 mgsin IL 垂直斜面向下 14 当B垂 h B 图 11 2 18 图 11 2 19 用心