2011届高考物理第一轮复习讲义2.ppt

第2课时磁场对电流的作用力考点自清,一、安培力的大小和方向1.安培力的大小（1）F=（如图1所示）.（2）磁场和电流垂直时:F=.（3）磁场和电流平行时:F=0.,图1,BILsin,BIL,2.安培力的方向（1）用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线从掌心进入,并使四指指向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受.（2）安培力的方向特点:FB,FI,即F垂直于决定的平面.名师点拨安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面,但磁感应强度与电流不一定垂直.,电流的方向,安培力的方向,B和I,二、磁电式电流表如图2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.,图2,交流与思考:磁电式电流表有什么优缺点?提示:优点是灵敏度高,能测出很弱的电流.缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱.,热点一安培力的方向特点1.与电场力比较磁场和电场有很多相似之处,但是,安培力比库仑力复杂得多.点电荷在电场中受力方向和电场方向不是相同就是相反;而电流元在磁场中受力的方向与磁场的方向不在同一条直线上,而且还不在同一个平面内,安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直.,热点聚焦,2.方向确定（1）通电导线I放在磁场B之中,是安培力F产生的原因,所以F的方向由I、B决定.（2）安培力F的方向总与磁场B方向和通电导线电流I的方向所决定的平面垂直,但磁场的方向与电流的方向不一定垂直,可以成任意夹角.（3）由磁场B的方向和电流I的方向确定安培力F的方向是惟一的,但由F和B（或I）方向确定，I（或B）的方向不惟一.,特别提示不论导线与磁感线的夹角如何,安培力的方向都可以用左手定则判定.只不过当导线与磁感线不垂直时,磁感线应斜穿过手心,但四指一定指向电流方向,拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.,热点二安培力的大小和做功情况1.应用公式F=BIL时需要注意（1）B与L垂直.（2）L是有效长度,如图3曲线ACB中如果通电电流为I,则其受水平向左的安培力F=BIL.（3）B并非一定是匀强磁场,但一定是导线所在处的磁感应强度.,图3,（2）安培力做负功:是将其他形式的能转化为电能,储存或再转化为其他形式的能.,2.安培力做功的实质:能量的转化（1）安培力做正功:是将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能.,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4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,题型探究,图4,思路点拨解答本题可用两种思考方法:（1）把环形电流看成小磁针;（2）把环形电流看作很多直线电流组成的,分析每小段直线电流的受力.解析解法一电流元法.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:,变式练习1如图5所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈可以自由运动.当给两者通以图示电流时,线圈将（）A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内C.靠近直导线,同时旋转90D.远离直导线,同时旋转90,图5,解析由安培定则知,通电直导线在线圈处产生的磁场垂直于纸面向外.为了判定通电线圈在这一磁场内的受力方向,不妨将它分成足够多的等份来处理,这样每一小段便可看做是一小段通电直导线.结合左手定则可判定出各段受力皆背离圆心,如右图所示.但由于直线电流的磁场不均匀,靠近直导线的部分磁场较强,因而线圈靠近直导线的部分受力较大.考虑对称性特点,将各段受力合成时,合力方向一定竖直向下,这样线圈必定靠近直导线,并仍处于竖直平面内.答案A,题型2安培力与力学知识的综合应用例2如图6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.,图6,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1.6R4.8.答案1.6R4.8,规律总结解决安培力与力学综合问题的关键:（1）首先正确画出通电导体受力的平面图（或侧视图）,注意电流方向和磁场方向的正确画出.（2）受力分析时安培力的方向必须用左手定则正确判定,注意安培力方向既跟磁感应强度的方向垂直又和电流方向垂直.,变式练习2如图7所示,通电细杆ab质量为m,置于倾角为的导轨上,导轨和杆间不光滑.通有电流时,杆静止在导轨上.下图是四个侧视图,标出了四种匀强磁场的方向,其中摩擦力可能为零的是（）,图7,解析因为杆静止在导轨上,所受合力为零,如果杆和导轨无挤压或者杆相对于导轨无滑动的趋势,则摩擦力为零.根据左手定则,四指指向电流方向,磁感线垂直穿过手心,则大拇指指向为安培力的方向,所以A中F水平向右,B中F竖直向上,C中F竖直向下,D中F水平向左,A、B满足题意.答案AB,题型3“导体棒”模型【例3】如图8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,图8,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=ghF=BILS=Ld所以磁感应强度的大小为B=答案,【评分标准】本题共12分.其中式各2分,式4分.【名师导析】由于习惯于理想的物理模型,学生往往迷惑于新颖陌生的实际问题.解题的关键要利用原型启发、类比、联想等思维方法,通过对题给情境的分析来获知其原理,建立起熟悉的物理模型.,自我批阅（12分）如图9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=（4分）,图9,取半圆为研究对象,受力如图所示F安=BIL=B2R=（4分）当F安=2F时环可被拉断,则=2F（2分）则有=（2分）答案,1.下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力的说法,正确的有（）A.安培力的方向与磁场方向垂直,同时又与电流方向垂直B.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的安培力最大,此时导线必与磁场方向垂直C.若导线受到的安培力为0,导线所在处的磁感应强度必为0D.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流大小有关,素能提升,解析因为F安既垂直于磁场,又垂直于电流方向,故A正确;只有当IB时,导线所受安培力才最大,故B正确;当IB时,F安=0但B0,故C错误;由于F安还与磁场与电流方向的夹角有关,故D错误.答案AB,2.两条导线互相垂直,但相隔一小段距离,其中AB固定,CD可自由运动,当通以图10所示方向电流后,CD导线将（）A.顺时针方向转动,同时靠近ABB.逆时针方向转动,同时离开ABC.顺时针方向转动,同时离开ABD.逆时针方向转动,同时靠近AB,图10,解析固定直导线AB产生的磁场,在其右方垂直纸面向里,左方垂直纸面向外,使CD导线的左段受到向下的安培力,右段受到向上的安培力,导线CD将以中点为轴逆时针转动,直到与导线AB平行时,两导线中电流方向相同,同向电流相互吸引,CD向AB靠拢,故D正确.答案D,3.如图11所示为一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、B=1T的匀强磁场中,CO间距离为10cm,当磁场力为0.2N时,闸刀开关会自动跳开.则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为（）A.电流方向COB.电流方向OCC.电流大小为1AD.电流大小为0.5A解析由左手定则,电流的方向OC,由B=得I=2A.,图11,B,4.如图12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.0.1AB.0.2AC.0.05AD.0.01A,图12,A,5.如图13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（）,图13,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=mg,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,6.如图14所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤读数为F1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线,电流方向如图,当加上电流后,台秤读数为F2,则以下说法正确的是（）A.F1F2,弹簧长度将变长B.F1F2,弹簧长度将变短C.F1F2,弹簧长度将变长D.F1F2,弹簧长度将变短,图14,解析根据左手定则判断导线所受安培力斜向右下方,由牛顿第三定律可知磁铁受导线的作用力为斜向左上方.磁铁在竖直方向与水平方向受力平衡,可得支持力变小,磁铁压缩弹簧.答案B,7.有两个相同的全长电阻为9的均匀光滑圆环,固定于一个绝缘的水平台面上,两环分别在两个互相平行的、相距为20cm的竖直平面内,两环的连心线恰好与环面垂直,两环面间有方向竖直向下的磁感强度B=0.87T的匀强磁场,两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5的电源,连接导线的电阻不计.今有一根质量为10g,电阻为1.5