湖北省华中师大一附中高二物理（国际板大小班、长短课重点班）磁场对电流的作用力附加课件.ppt

磁场对电流的作用力 大课课件38 1 安培力的大小 f bil b il 说明 1 l是导线的有效长度 2 b一定是匀强磁场 一定是导线所在处的磁感应强度值 2 安培力的方向 左手定则注意 f一定垂直i b i b可以垂直可以不垂直 例1 如图所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 a 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbb 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbc 方向沿纸面向下 大小为 1 ilbd 方向沿纸面向下 大小为 1 ilb 答案a 练习1 如图 水平放置的光滑金属导轨m n 平行地置于匀强磁场中 间距为d 磁场的磁感应强度大小为b 方向与导轨平面夹角为 金属棒a b的质量为m 放在导轨上且与导轨垂直 电源电动势为e 定值电阻为r 其余电阻不计 则当电键k闭合时 棒a b受到的安培力的大小为多少 方向怎样 棒的加速度大小为多少 练习2 如图所示 一位于xy平面内的矩形通电线框只能绕ox轴转动 线圈的4个边分别与x y轴平行 线圈中电流方向如图 当空间加上如下所述的哪种磁场线圈会转动起来 a 方向沿x轴的恒定磁场b 方向沿y轴的恒定磁场c 方向沿z轴的恒定磁场d 方向沿x轴的反方向的恒定磁场 b 二 磁电式电流表如图所示 蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是均匀辐向磁场 不管通电线圈在磁场中转到什么位置 线圈平面都跟磁场平行 线圈中电流越大 偏转角也越大 与i成正比 因通电线圈中的电流方向改变时 指针 或线圈 偏转的方向随之改变 故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的电流方向 磁电式电流表有什么优缺点 优点 灵敏度高 能测出很弱的电流 缺点 线圈的导线很细 允许通过的电流很弱 题型1通电导体在安培力作用下运动方向的判断例1如图所示 把轻质导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线圈平面 当线圈内通以如图方向的电流后 线圈的运动情况是 a 线圈向左运动b 线圈向右运动c 从上往下看顺时针转动d 从上往下看逆时针转动 典型题例 解法一电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如右图所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项a正确 解法二等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如下图所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选a 答案a 方法提炼判断通电导体在安培力作用下的运动方向 清楚导线所在位置的磁场分布情况 然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动 往往采用以下几种方法 电流元分析法 如图所示 把一重力不计的通电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 a 特殊位置法 电流之间的相互作用 反相电流相互排斥 同相电流相互吸引 推论法 通以如图所示的电流弹簧会发生什么现象 如图所示 原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流i 在其直径ab上靠近b点放一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线i 电流方向如图中所示 在磁场作用下圆线圈将 a 向左平动 b 向右平动 c 以直径ab为轴转动 并向左运动 d 静止不动 c 一根通有电流为i1的长直导线oo 竖直放置 另有一矩形导线框abcd的平面放在竖直平面内 通有如图所示的电流i2 oo 到abcd平面的距离为4r 边长ab cd 5r ad bc 6r 且ab和cd两边所在处的磁感强度大小均为b 由i1产生 求ab和cd所受安培力的大小 并说明方向 需要画俯视图 fab b 5ri2 5bri2 方向沿oa向外背离oo fcd b 5ri2 5bri2 方向沿do向里指向oo 题型2安培力与力学知识的综合应用例2如图所示 在倾角 30 的斜面上 固定一金属框 宽l 0 25m 接入电动势e 12v 内阻不计的电源 垂直框面放有一根质量m 0 2kg的金属棒ab 它与框架的动摩擦因数 整个装置放在磁感应强度b 0 8t 垂直框面向上的匀强磁场中 当调节滑动变阻器r的阻值在什么范围内时 可使金属棒静止在框架上 框架与棒的电阻不计 g取10m s2 思维导图 解析 1 当变阻器r取值较大时 i较小 安培力f较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下 使棒有沿框架下滑趋势 框架对棒的摩擦力f1沿框面向上 如右图所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 bl mgcos mgsin 0得r 4 8 2 当变阻器r取值较小时 i较大 安培力f较大 会使金属棒产生沿框面上滑趋势 因此 框架对棒的摩擦力f2沿框面向下 如右图所示 金属棒刚好不上滑时满足平衡条件 bl mgcos mgsin 0得r 1 6 所以滑动变阻器r的取值范围为1 6 r 4 8 答案1 6 r 4 8 题型3 导体棒 模型例3 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 解析开关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 设液体中产生附加压强为p 则 p p gh f bil s ld 所以磁感应强度的大小为b 答案 例4 如图所示 半径为r的绝缘轻质细圆环上均匀分布着电荷量为q的正电荷 将环垂直放入磁感应强度为b的匀强磁场中 若环能承受的最大拉力为f 问环至少以多大的角速度旋转时可将圆环拉断 解析设圆环旋转的角速度为 则圆环电荷随圆环转动形成的电流为i 取半圆为研究对象 受力如图所示f安 bil b 2r 当f安 2f时环可被拉断 则 2f则有 答案 巩固练习 一圆形线圈 半径为r 通以电流强度为i的电流 放在光滑水平面上 匀强磁场的磁感应强度大小为b 方向竖直向下 如图所示 俯视图 则线圈截面上张力大小为 a 2birb 0 5birc bird 不能求解 c 例5 如图所示 有两根长为l 质量为m的细导体棒a b a被水平放置在倾角为45 的光滑斜面上 b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置 且a b平行 它们之间的距离为x 当两细棒中均通以电流强度为i的同向电流时 a恰能在斜面上保持静止 则b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误的是 a 方向向上b 大小为c 若使b下移 a将不能保持静止d 要使a仍能保持静止 而减小b在a处的磁感应强度 可使b上移解析由安培定则可知a正确 由mgsin bilcos 知b b错误 若要使b最小 b应在平行斜面向上的方向上 所以c d正确 答案b 例 如图所示 两根平行光滑轨道水平放置 相互间隔d 0 1m 质量为m 3g的金属棒置于轨道一端 匀强磁场b 0 1t 方向竖直向下 轨道平面距地面高度h 0 8m 当接通开关s时 金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出 落地点水平距离s 2m 求