专题3.4 通电导线在磁场中受到的力-2020届高中物理同步讲义 人教版(选修3-1)
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1、第三章 磁场第4节 通电导线在磁场中受到的力一、安培力的方向1定义: 在磁场中受到的力称为安培力。2判断安培力方向的方法是 。内容:伸开左手,让拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在一个平面内,让 从掌心进入,并使四指指向 的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向。二、安培力的大小1当通电导线垂直磁场方向放置时,所受安培力的大小为F= 。2当磁感应强度B的方向与通电导线平行时,导线受力F= 。3当磁感应强度B的方向与通电导线的方向成角时,F= 。为B与I之间的夹角。三、磁电式电流表1构造: 、 、螺旋弹簧(又叫游丝)、指针、极靴、圆柱形铁芯等。2原理:当被测电流通入线圈时,线圈受
2、 作用而转动,线圈的转动使螺旋弹簧扭转形变,产生阻碍线圈转动的力矩。当安培力产生的转动力矩与螺旋弹簧形变产生的阻碍转动的力矩达到平衡时,指针停留在某一刻度。 越大, 就越大, 就越大。通电导线 左手定则 磁感线 电流 安培力BIL 0 磁铁 线圈 安培力 电流 安培力 指针偏角一、判断通电导体(或磁铁)在安培力作用下运动的常用方法具体方法实例分析电流元法把整段电流等效分成很多电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断出整段电流所受合力的方向,最后确定运动方向,注意一般取对称的电流元分析 学;科网判断能自由移动的导线运动情况把直线电流等效为AO、BO两段电流元,蹄形磁铁磁感
3、线分布以及两段电流元受安培力方向如图所示。可见,导线将沿俯视逆时针方向转动特殊位置法根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置用导线转过90的特殊位置(如图所示的虚线位置)来分析,判得安培力方向向下,故导线在逆时针转动的同时向下运动等效分析法环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁),条形磁铁也可等效成环形电流,通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁判断环形电流受到的安培力方向把环形电流等效成如图所示右边的条形磁铁,可见两条形磁铁相互吸引,不会有转动。电流受到的安培力方向向左结论法(1)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;(2)两电流不
4、平行时,有转动到相互平行且方向相同的趋势判断光滑杆上的同向电流的运动方向同向电流直接相吸,两个环形电流会相互靠拢转换研究对象法定性分析磁体在电流产生的磁场中受力方向时,可先判断电流在磁体磁场中的受力方向,然后再根据牛顿第三定律判断磁体受力方向判断图中所示磁铁受到的地面摩擦力方向电流受到的磁铁的作用力方向如图所示,所以反过来电流对磁铁的作用力方向斜向右下。可知地面对磁铁的作用力方向向左【例题1】如图所示,把一根通电的直导线AB放在蹄形磁铁两个磁极上方,导线可以自由转动,如果电流的方向是从A到B,那么导线的AA端向纸内,B端向纸外,在水平面内转动,同时向下运动BA端向纸外,B端向纸内,在水平面内转
5、动,同时向上运动CA端向上,B端向下,在竖直平面内转动DA端向下,B端向上,在竖直平面内转动参考答案:A二、安培力作用下物体的平衡和加速1安培力作用下物体的平衡问题,解题步骤和共点力的平衡问题相似,一般是:(1)先进行受力分析,画出受力分析图。(2)根据共点力平衡的条件列出平衡方程进行求解,其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力。2安培力作用下的加速问题和动力学问题一样,关键是做好受力分析,然后根据牛顿第二定律求出加速度,最后利用运动学公式求解。3常见的还有安培力与闭合电路欧姆定律相结合的题目,解答时主要应用的知识有:(1)闭合电路欧姆定律;(2)安培力的公式及左手定则。(3)物体的平衡
6、条件、牛顿第二定律、运动学公式。【例题2】(2018安徽合肥市高三调研性考试)如图所示,一水平放置的通电直导体棒位于竖直向下的匀强磁场中,若将磁场在竖直面内顺时针旋转一小角度或将电流方向反向,则下列说法正确的是A将磁场旋转,导体棒所受安培力的方向不变B将磁场旋转,导体棒所受安培力的大小不变C将电流反向,导体棒所受安培力的方向不变D将电流反向,导体棒所受安培力的大小不变参考答案:AD1关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是A安培力的方向可以不垂直于直导线B安培力的方向总是垂直于磁场的方向C安培力的的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变
7、为原来的一半2(2018浙江新高考选考科目)在城市建设施工中,经常需要确定地下金属管线的位置,如图所示,有一种探测方法是,首先给金属长直管线上同上电流,再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行一下操作:用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁场的最强的某点,记为a;在a点附近的地面上,找到与a点磁感应强度相同的若干点,将这些点连成直线EF;在地面上过a点垂直于EF的直线上,找到磁场方向与地面夹角为45的b、c两点,测得b、c两点距离为L,由此可确定金属管线A平行于EF,深度为B平行于EF,深度为LC垂直于FE,深度为D垂直于EF,深度为L3一只阴极射线管,左侧P点处不断有电子水平射出,若在管的正下
8、方放一通电直导线AB时,当通入如图方向从B到A的电流时,电子的运动方向将A向上偏转B向下偏转C向纸内偏转D向纸外偏转4(2018江西省浮梁一中高考冲刺训练)“极光”是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响,进入两极附近时,撞击并激发高空中的空气分子和原子发光引起的。假如我们在北极地区忽然发现正上方的某一高空出现了射向地球的、沿逆时针方向生成的紫色弧状极光(显示带电粒子的运动轨迹),考虑大气的阻力。则关于引起这一现象的高速粒子的电性及弧状极光的弯曲程度的说法中,正确的是A高速粒子带正电B高速粒子带负电C轨迹半径不变D轨迹半径逐渐增大5如图所示,A为一个水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,
9、在圆盘正上方水平放置一根通电直导线,电流方向如图所示。当圆盘高速绕中心轴逆时针转动时,通电直导线所受安培力的方向是A竖直向上 B竖直向下 C水平向里 D水平向外6(2018山东省藁城市第一中学高三冲刺卷)如图,AB、CD是两根长度均为L=4.0 m,质量分别为m1=0.6 kg和m2=0.2 kg的金属棒,两根等长的细金属杆将两节干电池与两个金属棒串联成闭合回路,整个回路用绝缘细线悬挂在天花板上,保证金属棒水平。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=1.0 T,电路中的电流I=0.5 A,待系统稳定之后(金属棒、细金属杆在力的作用下不会发生变形,取g=10 m/s2),则A绝缘细线与
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