2012高考物理一轮能力提升 8-2磁场对电流的作用力考点+重点+方法

1 第二课时第二课时 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力 考点剖析 教学要求教学要求 1 会用左手定则确定安培力方向 计算匀强磁场中安培力的大小 2 知道磁电式电表构造及测电流大小和方向的原理 知识再现知识再现 一 安培力 一 安培力 磁场对电流的 叫安培力 二 安培力的大小计算二 安培力的大小计算 1 当 B I L 两两垂直时 若 B 与 I L 夹角为 则 2 公式的适用条件 一般只适用于匀强磁场 三 安培力的方向判定三 安培力的方向判定 用左手定则判定 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 让磁感线垂直穿人手心 并使 指向电流的方向 那么 所 指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 议一议 安培力公式 F BIL 只适用于匀强磁场吗 重点突破 知识点一安培力的大小与方向安培力的大小与方向 要判断求解安培力 首先要明确导线所在处的磁场 再根据安培力公式 F BIL 求解 应用应用 1 1 如图所示 平行于纸面水平向右的匀强磁场 磁感应强度 T1 1 B 位于纸面内的细 直导线 长L 1m 通有I 1A 的恒定电流 当导 线与B1成 60 夹角时 发现其受到的安培力为零 则该区域同时存在 的另一匀强磁场的磁感应强度B2的可能值为 A T 2 1 B T 2 3 C 1T D T3 导示导示 安培力为零的可能是磁场与导线平行或合磁场为零 如图为求得磁场最小时的矢量图 由图可知另一磁场的最小值为 T 2 3 故选 BCD 本题的重点是在求解磁场 并非安培力公式的使用 但要对安培力公式使用条 件要熟悉 知识点二磁电式电表的工作原理磁电式电表的工作原理 1 磁电式电流表的构造 如图所示 在一个磁性很强的蹄形 磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯 铁芯外面套有一个可 以绕轴转动的铝框 铝框上绕有线圈 铝框的转轴上装有两个 螺旋弹簧和 个指针 线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 2 被测电流经过这两个弹簧流入线圈 2 磁电式电流表的工作原理 如图所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的磁场 放在其中的通电线圈不论转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 线框两边所受的磁场力 始终与线框平面垂直 线圈转动时 通过转轴收紧两根螺旋弹簧 这样 线圈在通电时除了 受到磁力外 还受到弹簧的反抗力 当两种力的作用效果达到平衡时 线圈停在一定的位置 上 线圈的偏转角度 与电流 I 成正比 这样 在线圈上装上指针 由于指针偏转角度跟 电流大小成正比 就能根据指针偏转角度的大小得出电流的数值 它的优点是电流表刻度是 均匀的 灵敏度高 应用应用 2 2 矩形线圈abcd 放在匀强磁场中 磁场方向沿 z 轴 磁感应 强度 B 1 34 10 2T 如图所示 线圈边长 ad 6cm ab 8cm 线 圈是均匀的 总质量为 2 8 10 3kg 此线圈可绕 ad 边自由转动 当线圈静止在与xOz 平面成 30 角的位置 则通过线圈的电流 的大小为 方向为 g 取 10m s2 导示导示 设矩形线圈 abcd 的总质量为 m0 方向沿 abcda 用左手定则判断 bc 边 电磁力矩就是安培力的力矩 可用 M电 BIScos 计算 其中 S 为线圈的面积 为匀强磁场 B 与线圈平面的夹角 该公式不仅仅适用于矩形线圈 对其他形状的线圈 包 括形状不规则的线圈都适用 方法探究 类型一类型一有关安培力的计算有关安培力的计算 例例 1 1 水平面上有电阻不计的 U 形导轨 NMPQ 它们之间的宽度为 L M 和 P 之间接入电动 势为 E 的电源 不计内阻 现垂直于导轨搁一根质量为 m 电阻为 R 的金属棒 ab 并加一个 范围较大的匀强磁场 磁感应强度大小为 B 方向与水平面夹角为 且 指向右斜上方 如图所示 问 1 当 ab 棒静止时 受到的支持力和摩擦力各为多少 2 若 B 的大小和方向均能改变 则要使 ab 棒所受支持力为零 B 的大小 至少为多少 此时 B 的方向如何 3 导示导示 从 b 向 a 看视图如图所示 根据左手定则判定磁场方向水平向右 该题为安培力与力学 电路相联系的综合问题 求解时要注意 要正确地 对通电导体进行受力分析 特别是安培力的方向 牢记安培力的方向既和 B 垂直又和 L 垂直 由于 B I L 的方向关系涉及三维的立体空间 为便于分析 要善于选择合理的角度 将 立体图转化为平面图 俯视图 剖视图 侧视图等 类型二类型二导线之间的安培力导线之间的安培力 例例 2 2 如图所示 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 到的磁场力大小为 F1 当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后 a 受到的 磁场力大小变为 F2 则此时 b 受到的磁场力大 小变为 A F1 B F1 F2 C F1 F2 D 2 F1 F2 导示导示 根据安培定则和左手定则 可以判定 a 导线受 b 中电流形成的磁场的作用力 F1 方向 向左 同理 b 受 a 磁场的作用力大小也是 F1 方向向右 新加入的磁场无论什么方向 a b 受到的这个磁场的作用力 F 总是大小相等方向相反 如果 F 与 F1 方向相同 则两导线 受到的力大小都是 F1 F2 若 F 与 F1 方向相反 a b 受到的力的大小都是 F F1 因 此当再加上磁场时若 a 受的磁场力大小是 F2 b 受的磁场力大小也是 F2 所以 A 对 故选 A 此题没有指明外加磁场确切方向 应该立即意识到可能有两种情况 然后分 别进行分析 但这样终究稍微麻烦些 左手定则中涉及电流 磁场 磁场力三个量的方 向 此题中外加磁场一旦确定以后其方向是不变的 但 a b 两电流方向相反 故 a b 所受 外加磁场的力必定反向 然后再与 F1合成就行了 类型二类型二磁感应强度的测量磁感应强度的测量 要测量一个物理量 首先要确定测量的原理 这里提供的方法是利用安培力的方法来测 量的 例例 2 2 如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置 一长方体绝缘容器内部高为 L 厚为 d 左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子 a b 上 下两侧装有电极 C 正极 和 D 负极 并经开关 S 与电源连接 容器中注满能导电的 液体 液体的密度为 将容器置于一匀强磁场中 磁场方向垂直 纸面向里 当开关断开时 竖直管子 a b 中的液面高度相同 开关 S 闭合后 a b 管中液面将出现高度差 若闭合开关 S 后 a b 管中 液面将出现高度差为 h 电路中电流表的读数为 I 求磁感应强度 B 的大小 导示导示 开关 S 闭合后 导电液体中有电流由 C 流向 D 根据左手定则可知导电液体要受到向 右的安培力 F 的作用 在液体中产生附加压强 p 这样 a b 管中液面将出现高度差 设液体 4 中产生附加压强为 p 则 所以磁感应强度月的大小为 此类问题的特点是题干长 解答简单 解答时需要认真审题 弄清题目所叙 述的物理实质 转化成熟悉的物理模型来求解 成功体验 1 如图所示 在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电 直导线 a b 和 c 各导线中的电流大小相同 其中 a c 导线中的电 流方向垂直纸面向外 b 导线电流垂直纸面向内 每根导线都受到另 外两根导线对它的安培力作用 则关 于每根导线所受安培力的合力 以下说法正确的是 A 导线 a 所受合力方向水平向右 B 导线 c 所受合力方向水平向右 C 导线 c 所受合力方向水平向左 D 导线 b 所受合力方向水平向左 2 07 广东茂名模考 如图所示 用两条一样的弹簧秤吊着一根铜棒 铜棒所在的虚线框 范围内有垂直纸面的匀强磁场 棒中通入自左向右的电流 当棒静止时 弹簧秤示数为 F1 若将棒中电流反向 当棒静止时 弹簧秤的示数为 F2 且 F2 F1 根据上面所给的信息 可 以确定 A 磁场的方向 B 磁感应强度的大小 C 安培力的大小 D 铜棒的重力 3 07 南京二模 如图所示 用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝 线圈由粗细均匀 单位长度的质量为 2 5g 的导线绕制而成 三条细线呈对称分布 稳定时线 圈平面水平 在线圈正下方 放有一个圆柱形条形磁铁 磁铁的中轴线OO 垂直于线圈平面且通过其圆 心O 测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为 0 5T 方向与竖直线成 30 角 要使三条细线上的张力为零 线圈中通过的电流至少为 A 0 1A B 0 2 A 0 05A 0 01A 4 07 海南卷 据报道 最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮 其原理如图所示 炮弹 可视为长方形导体 置于两固定的平行导轨之间 并与轨道壁密接 开始时炮弹在导 轨的一端 通以电流后炮弹会被磁力加速 最后从位于导轨另一端的出口高