《人教 物理--第3章 习题课 - 安培力的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教 物理--第3章 习题课 - 安培力的应用（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章磁场 习题课 安培力的应用 学习目标1 会用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向 2 会分析导体在安培力作用下的平衡问题 3 会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度 内容索引 题型探究 达标检测 1 题型探究 一 安培力作用下导体运动方向的判断 判断安培力作用下导体的运动方向 常有以下几种方法 1 电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元 运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 2 特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环
2、 形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 4 利用结论法 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 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 5 转换研究对象法因为电流之间 电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律 定性分析磁体在电流产生的磁场中的受力和运动时 可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力 然后由牛顿第三定律 再确定磁体所受电流的作用力 例1如图1所示 把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以在空间自由运动 当导线通以图示方向电流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
3、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 图1 答案 解析 如图所示 将导线AB分成左 中 右三部分 中间一段开始时电流方向与磁场方向一致 不受力 左端一段所在处的磁场方向斜向上 根据左手定则其受力方向向外 右端一段所在处的磁场方向斜向下 受力方向向里 当转过一定角度时 中间一段电流不再与磁场方向平行 由左手定则可知其受力方向向下 所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动 一边向下运动 C选项正确 判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体 对通电导体的作用都是通过磁场来实现的 因此 此类问题可按下面步骤进行分析 1 确定导体所在位置的磁场分布情况
4、 2 结合左手定则判断导体所受安培力的方向 3 由导体的受力情况判定导体的运动方向 针对训练1直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离 直导线固定 线圈可以自由运动 当通过如图2所示的电流时 同时通电 从左向右看 线圈将A 顺时针转动 同时靠近直导线ABB 顺时针转动 同时离开直导线ABC 逆时针转动 同时靠近直导线ABD 不动 图2 答案 解析 由安培定则判断出AB导线右侧的磁场向里 因此环形电流内侧受力向下 外侧受力向上 从左向右看应逆时针方向转动 当转到与AB共面时 AB与环左侧吸引 与环右侧排斥 由于左侧离AB较近 则引力大于斥力 所以环靠近导线AB 故选项C正确 二 安培力作用下
5、导体的平衡1 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 正确受力分析 包括安培力 然后根据平衡条件 F合 0列方程求解 2 分析求解安培力时需要注意的问题 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 安培力大小与导体放置的角度有关 但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况 其中L为导体垂直于磁场方向的长度 为有效长度 例2如图3所示 用两根轻细金属丝将质量为m 长为l的金属棒ab悬挂在c d两处 置于匀强磁场内 当棒中通以从a到b的电流I后 两悬线偏离竖直方向 角而处于平衡状态 为了使棒平衡在该位
6、置上 所需的磁场的最小磁感应强度的大小 方向为 答案 解析 图3 解决安培力作用下的受力平衡问题 受力分析是关键 解题时应先画出受力分析图 必要时要把立体图转换成平面图 针对训练2如图4所示 金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 金属棒中通以由M向N的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是A 金属棒中的电流变大 角变大B 两悬线等长变短 角变小C 金属棒质量变大 角变大D 磁感应强度变大 角变小 图4 答案 解析 例3如图5所示 条形磁铁放在桌面上 一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中 导线保持与磁铁垂直 导
7、线的通电方向如图所示 则这个过程中磁铁受到的摩擦力 磁铁保持静止 A 为零B 方向由向左变为向右C 方向保持不变D 方向由向右变为向左 图5 答案 解析 首先磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极 是曲线 直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中 电流的受力由左上方变为正上方再变为右上方 根据牛顿第三定律磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方 磁铁静止不动 所以所受摩擦力方向由向左变为向右 B正确 三 安培力和牛顿第二定律的综合例4如图6所示 光滑的平行导轨倾角为 处在磁感应强度为B的匀强磁场中 导轨中接入电动势为E 内阻为r的直流电源 电路中有一阻值为R的电阻 其余电阻不计 将质量为m 长
8、度为L的导体棒由静止释放 求导体棒在释放瞬间的加速度的大小 图6 答案 解析 达标检测 2 1 两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动 设大小不同的电流按如图7所示的方向通入两铝环 则两环的运动情况是A 都绕圆柱体转动B 彼此相向运动 且具有大小相等的加速度C 彼此相向运动 电流大的加速度大D 彼此背向运动 电流大的加速度大 答案 图7 1 2 3 4 5 2 多选 如图8所示 在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来 此时磁铁对水平面的压力为FN1 现在磁铁左上方位置固定一导体棒 当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后 磁铁对水平面的压力为FN2 则以下说法正确的是A 弹
9、簧长度将变长B 弹簧长度将变短C FN1 FN2D FN1 FN2 答案 图8 1 2 3 4 5 3 如图9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ABB 逆时针方向转动同时离开导线ABC 顺时针方向转动同时离开导线ABD 逆时针方向转动同时靠近导线AB 答案 解析 图9 1 2 3 4 5 1 根据电流元分析法 把导线CD等效成CO OD两段导线 由安培定则画出CO OD所在位置由AB导线中电流所产生的磁场方向 由左手定则可判断CO OD受力如图甲所示 可见导线CD逆时针
10、转动 2 由特殊位置分析法 让CD逆时针转动90 如图乙所示 并画出CD此时位置AB导线中电流所产生的磁场的磁感线分布 据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里 可见导线CD靠近导线AB 故D选项正确 1 2 3 4 5 4 多选 如图10所示 一根通电的直导体放在倾斜的粗糙斜面上 置于图示方向的匀强磁场中 处于静止状态 现增大电流 导体棒仍静止 则在增大电流过程中 导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是A 一直增大B 先减小后增大C 先增大后减小D 始终为零 答案 解析 图10 若F安 mgsin 因安培力向上 则摩擦力向上 当F安增大时 Ff减小到零 再向下增大 B对 C D错 若F安 mgsin 摩擦力向下 随F安增大而一直增大 A对 1 2 3 4 5 5 如图11所示 无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I 导线正上方沿竖直方向有一绝缘细线悬挂着的正方形线框 线框中通有沿逆时针方向的恒定电流I 线框的边长为L 线框下边与直导线平行 且到直导线的距离也为L 已知在长直导线的磁场中距长直导线r处的磁感应强度大小为B k k为常量 线框的质量为m 则剪断细线的瞬间 线框的加速度为 答案 解析 图11 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 本课结束
