《2017-2018学年高中物理 习题课五 安培力的综合应用 教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 习题课五 安培力的综合应用 教科版选修3-1（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、习题课五 安培力的综合应用 课堂探究 达标测评 课堂探究 核心导学要点探究 一、判定安培力作用下导体的运动方向或运动趋势 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体 所在位置的磁场磁感线分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受 力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势. 【例1】一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示 ,如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流,则关于导线ab受磁场力 后的运动情况,下列说法正确的是( ) A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看
2、逆时针转动并靠近螺线管 D 解析:法一 电流元法 由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向,导线 等效为Oa,Ob两电流元,由左手定则可判定两电流元所 受磁场力的方向,如图所示,所以从上向下看导线逆时 针转动,当转过90时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下,即导 线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管,选项D正确. 法二 结论法 结论1:两电流相互平行时无转动趋势,电流方向相同时相互吸引,电流 方向相反时相互排斥. 结论2:两电流不平行时,将发生转动,有转到两电流相互平行且方向相 同的趋势. 通电螺线管上部离导线近,所以只考虑这部分电流与导线的作用,此时 螺线管相当于垂直纸面向里的直导线,由结论
3、2可知导线ab受磁场力后( 从上向下看)逆时针转动并靠近螺线管,选项D正确. 方法总结 电流在非匀强磁场中受力运动的判断:不管是电流还是磁体 ,对通电导线的作用都是通过磁场来实现的,因此必须要清楚导线所在位 置的磁场分布情况. 【拓展提升1】 (2017菏泽高二检测)如图所示,两条导线相互垂直,但相隔 一段距离.其中AB固定,CD能自由活动,当直线电流按图示方向通入两条导线 时,导线CD将(从纸外向纸里看)( ) A.顺时针方向转动同时靠近导线AB B.逆时针方向转动同时离开导线AB C.顺时针方向转动同时离开导线AB D.逆时针方向转动同时靠近导线AB D 解析:根据电流元分析法,把电流CD
4、等效成CO,OD两段电流. 由安培定则画出CO,OD所在位置的AB电流的磁场,由左手定 则可判断CO,OD受力如图所示,可见导线CD逆时针转动且靠 近导线AB. 二、安培力作用下的平衡问题 1.一般解题步骤 (1)明确研究对象. (2)先把立体图改画成平面图,并将题中的角度、电流的方向、磁场的方 向标注在图上. (3)根据平衡条件F合=0列方程求解. 2.分析求解安培力时注意的问题 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培 力方向. (2)安培力的大小与导线放置的角度有关,但一般情况下只要求导线与磁 场垂直的情况,其中L为导线垂直于磁场方向的长度为有效长度. 【例2】
5、如图图所示,质质量m=0.1 kg的导导体棒静止于倾倾角为为30的斜面上, 导导体棒长长度L=0.5 m.通入垂直纸纸面向里的电电流,电电流大小I=2 A,整个装置 处处于磁感应应强度B=0.5 T,方向竖竖直向上的匀强磁场场中.求:(取g=10 m/s2) (1)导体棒所受安培力的大小和方向; (2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向. 解析:(1)安培力F安=ILB=20.50.5 N=0.5 N, 由左手定则可知安培力的方向水平向右. (2)建立如图所示的坐标系,分解重力和安培力.设导体棒 受的静摩擦力大小为f,方向沿斜面向下.在x轴方向上有 mgsin +f=F安cos ,解得f=-0.0
6、67 N. 负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反,即沿斜面向上. 答案:(1)0.5 N 水平向右 (2)0.067 N 沿斜面向上 方法总结 对于通电导线在磁场中的平衡问题,与解一般物体平衡方 法类似,只是多出一个安培力,准确应用左手定则,判断安培力的方向, 作出完整准确的受力分析图是解此类题目的关键. 【拓展提升2】 (多选)如图图所示,在倾倾角为为的光滑斜面上,放置一根长为长为 L,质质量为为m,通过电过电 流为为I的导线导线 ,若使导线导线 静止,应该应该 在斜面上施加匀强磁 场场B的大小和方向为为( ) AC 三、安培力作用下导体的运动问题 解决安培力作用下的力学综合问题,首先做好
7、全面受力分析是前提,无非 就是多了一个安培力,其次要根据题设条件明确运动状态,再恰当选取物 理规律列方程求解. 【例3】如图图所示,在同一水平面的两导轨导轨 相互平行,并处处 在竖竖直向上的匀强磁场场中,磁感应应强度为为0.2 T,一根质质量 为为0.6 kg,有效长长度为为2 m的金属棒ab放在导轨导轨 上,当金属 棒中的电电流为为5 A时时,金属棒做匀速直线线运动动;当金属棒中的电电流突然 增大为为8 A时时,求金属棒能获获得的加速度的大小. 解析:设金属棒受到的滑动摩擦力为f. 当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动,有I1lB=f, 当金属棒中的电流为8 A时,金属棒能获得的
8、加速度为a,则I2lB-f=ma, 联立解得a= =2 m/s2. 答案:2 m/s2 【拓展提升3】(2017烟台高二周练)澳大利亚亚国立大学制 成了能把2.2 g的弹弹体(包括金属杆EF的质质量)从静止加速到 10 km/s的电电磁炮(常规规炮弹弹的速度约为约为 2 km/s).如图图所示, 若轨轨道宽为宽为 2 m,长为长为 100 m,通过过的电电流为为10 A,试试求轨轨道间间所加匀强磁 场场的磁感应应强度的大小.(轨轨道摩擦不计计) 答案:55 T 达标测评 随堂演练检测效果 1.(2017汕头高二质检)如图图所示,两个圆圆形线线圈P和Q,悬悬挂在光滑绝绝 缘缘杆上,通以方向相同的
9、电电流,若I1I2,P,Q受到安培力大小分别为别为 F1和 F2,则则P和Q( ) A.相互吸引,F1F2 B.相互排斥,F1F2 C.相互排斥,F1=F2 D.相互吸引,F1=F2 D 解析:由于P,Q通以同向电流,据“同向电流相吸,异向电流相斥”可知, P,Q是相互吸引的,P,Q之间的相互吸引力遵循牛顿第三定律,总是等大、 反向.选项D正确. 2.通有电电流的导线导线 L1,L2处处在同一平面(纸纸面)内,L1是固定的,L2可绕绕垂直纸纸 面的固定转轴转轴 O转动转动 (O为为L2的中心),各自的电电流方向如图图所示.下列哪种情 况将会发发生( ) A.因L2不受磁场场力的作用,故L2不动
10、动 B.因L2上、下两部分所受的磁场场力平衡,故L2不动动 C.L2绕轴绕轴 O按顺时针顺时针 方向转动转动 D.L2绕轴绕轴 O按逆时针时针 方向转动转动 D 解析:由安培定则可知导线L1上方的磁场方向为垂直纸面向外,且离导线 L1的距离越远的地方,磁场越弱,导线L2上的每一小部分受到的安培力方 向都水平向右,由于O点的下方磁场较强,安培力较大,因此L2绕轴O按逆 时针方向转动,选项D正确. 3.(2017沧州高二检测)如图图所示,金属棒MN两端由等长长的轻质细线轻质细线 水平 悬悬挂,处处于竖竖直向上的匀强磁场场中,棒中通以由M向N的电电流,平衡时时两悬悬 线线与竖竖直方向夹夹角均为为.如
11、果仅仅改变变下列某一个条件,角的相应变应变 化 情况是( ) A.棒中的电电流变变大,角变变大 B.两悬线悬线 等长变长变 短,角变变小 C.金属棒质质量变变大,角变变大 D.磁感应应强度变变大,角变变小 A 解析:选金属棒MN为研究对象,其受力情况如图所示.根据平 衡条件及三角形知识可得tan = ,所以当棒中的电流I或 磁感应强度B变大时,角变大,选项A正确,D错误;当金属棒 质量m变大时,角变小,选项C错误;角的大小与悬线长无 关,选项B错误. 4.水平放置的光滑金属导轨宽导轨宽 L=0.2 m,接有电电源电动势电动势 E=3 V,电电源内阻 及导轨电导轨电 阻不计计.匀强磁场竖场竖 直
12、向下穿过导轨过导轨 ,磁感应应强度B=1 T.导导体棒 ab的电电阻R=6 ,质质量m=10 g,垂直放在导轨导轨 上并接触良好,求合上开关的 瞬间间. (1)导体棒受到安培力的大小和方向; (2)导体棒的加速度. 解析:(1)闭合开关的瞬间,回路中的电流I= A=0.5 A,ab棒所受安培 力F安=ILB=0.1 N,由左手定则知方向水平向右. (2)由牛顿第二定律知a= =10 m/s2,方向水平向右. 答案:(1)0.1 N 水平向右 (2)10 m/s2,方向水平向右 5.如图图所示,在倾倾角为为=30的斜面上,固定一宽宽L=0.25 m 的平行金属导轨导轨 ,在导轨导轨 上端接入电电
13、源和滑动变动变 阻器R.电电源 电动势电动势 E=12 V,内阻r=1 ,一质质量m=20 g的金属棒ab与两导导 轨轨垂直并接触良好.整个装置处处于磁感应应强度B=0.80 T、垂直于斜面向上 的匀强磁场场中(导轨导轨 与金属棒的电电阻不计计).金属导轨导轨 是光滑的,取g=10 m/s2,要保持金属棒在导轨导轨 上静止,求: (1)金属棒所受到的安培力的大小; 解析:(1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡,如图所示 F安=mgsin 30, 代入数据得F安=0.1 N. 答案:(1)0.1 N 解析:(2)由F安=ILB,得I= =0.5 A. (3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R0,根据闭合电路欧姆定律得 E=I(R0+r),解得R0= -r=23 . 答案:(2)0.5 A (3)23 (2)通过金属棒的电流的大小; (3)滑动变阻器R接入电路中的阻值.
