《2017-2018学年高二物理电学专题提升专题24安培力的求解及判定安培力作用下导体的运动问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高二物理电学专题提升专题24安培力的求解及判定安培力作用下导体的运动问题（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题24安培力的求解及判定安培力作用下导体的运动问题：专题概述 安培力 （1）方向：根据左手定则判断。F、B、I三者间方向关系：已知 R I的方向（B、I不平彳T时），可用左手定则确定 F的唯一方向.FB, F，I ,则F垂直于B和I所构成的平面，但已知 F和B的方向，不能唯一确定 I的方向.（2）大小：由公式 F=BIL计算，且其中的 L为导线在磁场中的有效长度。如弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示。x x x x B x x x：典例精讲 1.安培力的计算 典例1:如图所示，由不同材料制成的直径 AO序口半圆ACBfi成的
2、半圆形金属线框放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，半圆的半径为 R线框平面与磁场方向（垂直于纸面向外）垂直，直径AOBg水平方向。若通以图示方向的电流，从 A端流入的电流大小为I,则线框受到的安培力（）A.方向沿纸面向上，大小为 0B.方向沿纸面向上，大小为 2BIRC.方向沿纸面向下，大小为 BIRAO序口半圆形导线ACB假D.方向沿纸面向下，大小为 2BIR【解析】由题图可知，电流从 A端流入，从B端流出，则有电流分别通过直导线设通过直导线 AO由口半圆形导线 ACB勺电流大小分别为Ii、I2,则Ii+I2=I。由左手定则可知，直导线 AOB受到的安培力沿纸面向上，大小为Fi = 2BI
3、iR;半圆形导线 ACE到的安培力可等效成通入电流大小为I2的直导线AOBg到的安培力，由左手定则可知，半圆形导线AC强到的安培力沿纸面向上，大小为F2=2BI2R因此金属线框受到的安培力沿纸面向上，大小为F= Fi+F2=2BRIi+I2）=2BIR。选项B正确。2.利用结论法典例2: 一个可以自由运动的线圈 Li和一个固定的线圈 L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示.当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈Li将（）.A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.在纸面内平动【答案】B【解析】方法一（电流元分析法）把线圈il沿水平转动轴分成上下两音吩j每一部分又可以看成无
4、热段直 线电流元，电端元处在以产生的磁场中，根据安培定则可知各电端元所在处的磁场方向向上,由左手定则 可得j上半部分电端元所受安培力均指向纸外、下半部分电流元所受安培力旨雕氏内，因此从左向右看 线圈A将顺时针转动.方法二解分析法）把线圈占等效为小磁针，该小旅针刚好处于环形电流4的中心；小磕针的N极应指 向该点环形电流心的磁场方向j由安培定则知小产生的磁场方向在其中心处竖直向上而上1等效成小磁针 后，转动前，N极指降氏内，因此小磁针的N极咫由指向纸内茸为向上，所以从左向右看，线圈工遇到糜寸 针转动.方法三。1幅论法）环形电流“、办之间不平行,则必有相对转动，直到两环形电演同向平行为止据此 可得,
5、从左向右看，线圈工】将顺时针转动.3.电流元和特殊位置法典例3: 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方向由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（）/I h + -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.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管【答案】D【解析】判断导线的捌方向可用电流元法；如图所示把直缄电端等效为口a a、。出三段2。段极短）电薛,由于0。段电端方向与该处的磁场方向相同，所 以不受安培力作用J 。段电漪所在处的磁场方向斜向上，由
6、左手定则可加其所受安培力方向垂直纸面向外j 。十段电流所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里g再用特殊位置法分析；当 导线转过世与纸面垂直时，判断导线所受安培力方向向下0综上可知导线0 04则轴逆a寸针转动从上 向下着）并靠近通电螺线管。4.转换研究对象法典例4:如图所示，条形:磁铁放在光滑斜面上，用平行于余面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为Fni；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为Fn2,则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是（）.A. FnyFn2,弹簧的伸长量减小B. Fn1= Fn2,弹簧的伸长
7、量减小C. Fn1Fn2,弹簧的伸长量增大D. Fn1Fn2,弹簧的伸长量减小【答案】C【解析】采用“转换研究对象法”：由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在导线 A处的一条磁感线，此处磁感应强度方向斜向左下方，如图,导线A中的电流垂直纸面向外，由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方，所以磁铁对斜面的压力减小，FniFn2.同时，由于导线 A比较靠近N极，安培力的方向与斜面的夹角小于90。，所以电流对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力，使得弹簧弹力增大，可知弹簧的伸长量增大，所以正确选项为C.总结提升判断通电导体（或磁铁）
8、在安培力作用下运动的常用方法及实例分析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，注意一般取把直线电1_I流等效为AO BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布 以及两段电流元受安培力 方向如图所示.可见，导i线将沿俯视逆时针方向转对称的电流元分析判断能自由移动况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ag的导线运动情13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5,故导线在逆时针转动的同时向卜运动等效分析法环形电流口以
9、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问1月I前1 LM | N |把环形电示右边的流等效成如图所7,T. 11 * : 到的安培力方条形磁铁，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（i）两电流相互平行时无转结论法动趋势，同向电流相互吸弓1,反向电流相互排斥 （2） 两电流不平行时，有转动到 相互平行且方向相同的趋M Y 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势转 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
10、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%豆.熊电流受到 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 用力方向向左四提升专练1.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为原来的一半【答案】B【解析】安培力的方向、裾感应强度的方向及电流的方向满足左手定则，所以安培力的方向既垂直于直导 线，也垂直于磁场的方向，所以选项B正确.A捐俣3当通
11、电直导线与磁场方向垂直时，安培力最大尸= 孙 当通电直导线与鹿场方向平彳列匕安培力最小为零,故选项C宙吴.揩直导线从申点折成直角，假设 原来直寻支与磁场方向垂直,若折成直角后一般与磁场仍垂直，另一段与磁场平行，则安培力的大小变为 原来的一半F若折成直角后F两段都与磁场垂直F则安培力的大小变为原来的牛,因此安培力大小不一定 是摩来的一半，选项D错误2 .（多选）如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环A B,可沿轴线OO自由转动，现通以图示方向电流，沿 OO看去会发现（）A. A环、B环均不转动B. A环将逆时针转动,C. A环将顺时针转动,D. A环将顺时针转动,B环也逆时针转动，两环相
12、对不动B环也顺时针转动，两环相对不动B环将逆时针转动，两者吸引靠拢至重合为止【解析】由安培定贝阿得j环产生的磁场方向向下？正环产生的磁场方向向左,两磁场相互作用后有磁场的方向趋向一致的趋觌 所以/环顺时针率钝，E环逆时锢专动？二者相互靠抵 直至簟合，选项口正确。3 .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.ab、bc和cd段的长度均为L,且/ abc= / bcd= 135 .流经导线的电流为 I,方向如图中箭头所示.判断导线abcd所受到的磁场的作用力的合力，下列 ，说法正确的是（也+ 1） ILB （g1）ILB （或+ 1）I
13、LB （V2-1）ILBA.方向沿纸面向上，大小为B.方向沿纸面向上，大小为C.方向沿纸面向下，大小为D.方向沿纸面向下，大小为【答案】A【解析】将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的方向，根据F= BIL计算出安培力的大小，再求合力.导线所受合力F= BIL + 2BILsin 45 = h/2+1） ILB.4.（多选）如图所示，质量为 mi长为L的导体棒电阻为 R,初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E,内阻不计.匀强磁场的磁感应强度为B,其方向与轨道平面成0角斜向上方，开关闭合后导体棒开A.导体棒向左运动B.开关闭合瞬间.导体棒BELMN/f受安培力为BELRC.开
14、关闭合瞬间导体棒BEEin 0MN/f受安培力为RD.开关闭合瞬间导体棒士、, BELsin 0MN勺加速度为-mR【答案】BD【解析】磁场方向与导体棒垂直，导体棒所受安培力F二跳二等，方向为垂直干磁场方向与电漪方同所 确定的平面斜向下,其有水平向右的分量,将向右运动故A、C错误B正确.导体棒的合力产厂网国的-ff）Fsin3由廿二普导&二h ,。正确*5.（多选）如图所示，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 Fi,现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后,台秤读数为F2,则以下说法正确的是（）A.弹簧长度将变长B.弹簧长度将变短C. FlF2D. F1VF2【答案】BC【解析】如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方，根据牛顿第三定律，对条形磁铁受力分析，如图乙所示，所以FN1FN2即台秤示数FiF2,在水平方向上，由于 F有向左的分力，磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短。6 .如图所示，用天
