高考物理二轮复习-专项突破-安培力.ppt

安培力安培力 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力1.通电导线在磁场中所受的安培力通电导线在磁场中所受的安培力1.安培力的大小安培力的大小:2.安培力的方向安培力的方向:3.磁力矩磁力矩:4.题选题选 P146/练练1 练习练习1 P145/例例1 例例1 例例2 例例3 例例4 例例5 P146/例例3 00年上海年上海4 02年上海年上海13 01年全国年全国7 例例6 2005年上海卷年上海卷1A2.通电导线在磁场中所受的安培力通电导线在磁场中所受的安培力1.安培力的大小安培力的大小:在匀强磁场中，在通电直导线与磁场在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向方向垂直垂直的情况下电流所受的安培力的情况下电流所受的安培力F等于磁感应等于磁感应强度强度B、电流、电流I和导线长度和导线长度L三者的乘积三者的乘积 FILB 通电导线方向与磁场方向不垂直时的安培力通电导线方向与磁场方向不垂直时的安培力 B1BB2IB把磁感应强度把磁感应强度B分解为两个分量：分解为两个分量：一个是跟通电导线方向平行的分量一个是跟通电导线方向平行的分量 B1Bcos 另一个是跟通电导线方向垂直的分量另一个是跟通电导线方向垂直的分量 B2Bsin B1与通电导线方向平行，对电流没有与通电导线方向平行，对电流没有作用力，电流受到的力是由作用力，电流受到的力是由B2决定的，决定的，即即FILB2 将将B2=Bsin代入上式，代入上式，得到得到 FILB sin=0 F=0 =90 F=ILB3.用用左手定则左手定则来判定：来判定：伸开左手使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手伸开左手使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向2.安培力的方向安培力的方向:3.磁力矩磁力矩:M=NBIScos 如图示在匀强磁场中，如图示在匀强磁场中，N匝矩形线框匝矩形线框abcd通入电流通入电流I 绕绕轴转动到图示位置时轴转动到图示位置时，线框平面跟磁场方向夹角为，线框平面跟磁场方向夹角为,aL1L2BbO1O2Icd Bac ab受力受力F1=IL1 BF1 cd受力受力F2=IL1 BF2M=NF1 L2 cos/2+NF2 L2 cos/2=NBIS cos磁力矩的大小与线圈的形状、所选取的转轴的位置无关磁力矩的大小与线圈的形状、所选取的转轴的位置无关4.P146/练练1.如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的左端上方固定一根与条形磁铁垂直的长直导线，导线的左端上方固定一根与条形磁铁垂直的长直导线，导线中通以如图示方向的电流时，和原来没有电流通过时相中通以如图示方向的电流时，和原来没有电流通过时相比较，磁铁受到的支持力比较，磁铁受到的支持力N和摩擦力和摩擦力f ()（A）N减小，减小，f 向左向左;（B）N减小，减小，f 向右向右;（C）N增大，增大，f 向左向左;（D）N增大，增大，f 向右向右.解：解：NIS画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：B由左手定则，磁场力由左手定则，磁场力F方向如图方向如图:F由牛顿第三定律，磁铁受到等大反向的力由牛顿第三定律，磁铁受到等大反向的力FF对磁铁进行受力分析对磁铁进行受力分析可知可知 支持力支持力N 增大，增大，摩擦力摩擦力f 向左向左 C5.练习练习1、如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它、如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的正中间上方固定一根长直导线，导线中通过方向垂的正中间上方固定一根长直导线，导线中通过方向垂直纸面向里（即与条形磁铁垂直）的电流，和原来没直纸面向里（即与条形磁铁垂直）的电流，和原来没有电流通过时相比较，磁铁受到的支持力有电流通过时相比较，磁铁受到的支持力N 和摩擦力和摩擦力f 将将 ()（A）N减小，减小，f=0;（B）N减小，减小，f0;（C）N增大，增大，f=0;（D）N增大，增大，f0.S NI解：解：画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：B由左手定则，磁场力由左手定则，磁场力F方向如图方向如图:F由牛顿第三定律，由牛顿第三定律，磁铁受到等大反向的力磁铁受到等大反向的力FF对磁铁进行受力分析：对磁铁进行受力分析：可知可知 支持力支持力N 增大，增大，摩擦力摩擦力f=0 C6.P145/例例1、如图所示，在条形磁铁的如图所示，在条形磁铁的N极附近悬挂一极附近悬挂一个线圈。磁铁水平放置。其轴线与线圈个线圈。磁铁水平放置。其轴线与线圈 平面垂直并通平面垂直并通过线圈的圆心。当线圈中电流沿图示方向流动时，线过线圈的圆心。当线圈中电流沿图示方向流动时，线圈将圈将 （）（A）不动）不动 （B）转动）转动（C）向左摆动）向左摆动 （D）向右摆动）向右摆动S N I解；画出电流所在处的磁感应线如图，并正交分解解；画出电流所在处的磁感应线如图，并正交分解B2B1B1B2B1对电流的作用力对电流的作用力F1沿半径向外，互相抵消。沿半径向外，互相抵消。F1F1B2对电流的作用力对电流的作用力F2沿轴向向左。沿轴向向左。合力向左合力向左。F2F2所以线圈向左摆动。所以线圈向左摆动。选选C又解：把环形电流等效为小磁针，左侧为又解：把环形电流等效为小磁针，左侧为S极，异名磁极相吸，所以线圈向左摆动。极，异名磁极相吸，所以线圈向左摆动。C7.例例1.如图所示，在水平方向的匀强磁场中，用两根柔软的如图所示，在水平方向的匀强磁场中，用两根柔软的细线将金属棒细线将金属棒ab悬持在水平位置上，金属棒中通入由悬持在水平位置上，金属棒中通入由a到到b的稳的稳定电流定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法（力变为零，可采用哪些方法（）(A)适当增大电流适当增大电流I(B)将电流反向并适当改变大小将电流反向并适当改变大小(C)适当增大磁场适当增大磁场(D)将磁场反向并适当改变大小将磁场反向并适当改变大小baIA C 例例.两条长直导线两条长直导线AB和和CD相互垂直，彼此相隔一很小距离，相互垂直，彼此相隔一很小距离，通以图所示方向的电流，其中通以图所示方向的电流，其中AB固定，固定，CD可以其中心为轴自可以其中心为轴自由转动或平动，则由转动或平动，则CD的运动情况是（的运动情况是（）(A)顺时针方向转动，同时靠近导线顺时针方向转动，同时靠近导线AB(B)顺时针方向转动，同时离开导线顺时针方向转动，同时离开导线AB (C)逆时针方向转动，同时靠近导线逆时针方向转动，同时靠近导线AB (D)逆时针方向转动，同时离开导线逆时针方向转动，同时离开导线ABIIBADCC8.例例2.如图所示如图所示,在磁感应强度为在磁感应强度为1T的匀强磁场的匀强磁场中中,有两根相同的弹簧有两根相同的弹簧,下面挂一条长下面挂一条长0.5m,质质量为量为0.1kg的金属棒的金属棒MN,此时弹簧伸长此时弹簧伸长10cm,欲欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何向如何?解解:未通电时未通电时,两弹簧的弹力之两弹簧的弹力之 和等于重力和等于重力.mgTT通电后通电后,弹簧不伸长弹簧不伸长,则安培力则安培力 等于重力等于重力.mgFBIL=mgI=mg/BL=1/0.5=2A由左手定则由左手定则,电流方向应向右电流方向应向右.NMB9.例例3.一根长为一根长为a 的金属棒用长为的金属棒用长为b 的两根导线悬挂起来，的两根导线悬挂起来，如图所示，通以电流如图所示，通以电流I，金属棒静止在某一匀强磁场中，金属棒静止在某一匀强磁场中，此时导线与竖直方向夹角为此时导线与竖直方向夹角为，则保持这一状态并使磁感，则保持这一状态并使磁感应强度应强度B取最小值时，磁场的方向应与竖直向上的方向成取最小值时，磁场的方向应与竖直向上的方向成 角，此时金属棒所受到的磁力矩为角，此时金属棒所受到的磁力矩为 。a bI 解：画出金属棒的左视图并分析解：画出金属棒的左视图并分析受力如图：受力如图：FT mg 金属棒受到重力金属棒受到重力mg、导线拉力、导线拉力T和安和安培力，处于平衡状态。磁场力培力，处于平衡状态。磁场力F和和mg 的的合力必须沿合力必须沿T 的反方向，要使的反方向，要使F 最小，最小，必须是必须是F垂直于垂直于 T，所以磁场方向沿金，所以磁场方向沿金属导线向上，跟竖直方向夹角为属导线向上，跟竖直方向夹角为。磁力矩磁力矩M=Fb=BILbBILb10.例例4、如图所示，一个可自由运动的线圈如图所示，一个可自由运动的线圈L1和和一个固定线圈一个固定线圈L2互相绝缘、垂直放置且圆心重互相绝缘、垂直放置且圆心重合，当分别通以图示方向的电流时，从左向右合，当分别通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈看，线圈L1将将 （）A.顺时针转动顺时针转动.B.逆时针转动逆时针转动.C.向纸外平动向纸外平动.D.静止不动静止不动.L2L1解解:L2在在L1处的磁感应线处的磁感应线B如图如图,B由左手定则由左手定则,B 对对L1 的安培力如图示的安培力如图示,F1F2从左向右看，从左向右看，L1 在在F1、F2的作用下将的作用下将逆时针转动逆时针转动.B11.P146/例例3.在倾角在倾角30的斜面上，固定一宽的斜面上，固定一宽 l=0.25m的金的金属框，电池电动势属框，电池电动势 E12V，内阻不计，垂直框架放一，内阻不计，垂直框架放一质量为质量为m=0.2kg 的金属杆的金属杆ab，杆与导轨间的摩擦因数杆与导轨间的摩擦因数为为 .整个装置放在磁感应强度整个装置放在磁感应强度B0.8T,垂直于框垂直于框面斜向上的匀强磁场中面斜向上的匀强磁场中,如图如图.当调节滑动变阻器当调节滑动变阻器R的阻的阻值在什么范围内值在什么范围内,可使金属杆静止在导轨上？可使金属杆静止在导轨上？30REabB解解：画出金属杆的截面图画出金属杆的截面图,并分析受力并分析受力:mgNFfmgsin30=1牛牛 f=N=0.5牛牛 F=ILB=BLE/R=2.4/R若若I 很大很大,F 很大很大,f 向下向下,F=f+mgsin30=1.5N 2.4/R1=f+mgsin30=1.5N R1=1.6 若若I 很小很小,F 很小很小,f 向上向上,F+f=mgsin30=1N2.4/R2=mgsin30-f=0.5NR2=4.8 1.6 R4.812.例例5、如如图图.电电源源E=2V,内内阻阻r=0.5,竖竖直直导导轨轨电电阻阻可可忽忽略略,金金属属棒棒的的质质量量m=0.1kg,R=0.5,它它与与导导轨轨间间的的动动摩摩擦擦因因素素=0.4,有有效效长长度度为为0.2m,靠靠在在导导轨轨的的外外面面,为为使使金金属属棒棒不不滑滑动动,我我们们加加一一与与纸纸面面成成30且且向向外外的的磁磁场场,问问:此此磁磁 场场 是是 斜斜 向向 上上 还还 是是 斜斜 向向 下下?B的的 范范 围围 是是 多多 少少?abE r解解:画出左视截面图画出左视截面图:假设磁场方向斜向上假设磁场方向斜向上,分析受力如图分析受力如图:BmgFN若摩擦力向上若摩擦力向上,f由平衡条件由平衡条件Fsin+Fcos=mgF=mg/(sin+cos )=10/(5+2 )B=F/IL=25/(5+2 )=2.95T若摩擦力向下若摩擦力向下,由平衡条件由平衡条件Fsin-Fcos=mgF=mg(sin-cos)=10/(5+2 )B=F/IL=25/(5-2 )=16.3T2.95T B 16.3T假设磁场方向斜向下假设磁场方向斜向下,分析受力如图分析受力如图:则则ab将离开金属框。将离开金属框。BFmg13.(5分分)如如图图所所示示，两两根根平平行行放放置置的的长长直直导导线线a和和b载载有有大大小小相相同同，方方向向相相反反的的电电流流，a受受到到的的磁磁场场力力大大小小为为F1 当当加加入入一一与与导导线线所所在在平平面面垂垂直直的的匀匀强强磁磁场场后后，a受受到到的的磁磁场场力力大大小小变变为为F2，则则此此时时b受受到到的磁场力大小变为的磁场力大小变为 ()AF2 BF1-F2 CF1+F2 D2F1-F2 00年上海年上海4abII解：导线解：导线a 受到导线受到导线b 中电流的作用力中电流的作用力F1如图示如图示F1导线导线b 受到导线受到导线 a 中电流的作用力中电流的作用力F1 如图示如图示F1F2是导线是导线a 受到外加磁场受到外加磁场B的作用力的作用力FB 和导线和导线b 中电流的作用力中电流的作用力F1的合力的合力设后来设后来b导线受到的磁场力大小变为导线受到的磁场力大小变为 F2F2是导线是导线b 受到外加磁场受到外加磁场B的作用力的作用力FB 和导线和导线a 中电流的作用力中电流的作用力F1的合力的合力F1和和F1、FB和和FB方向相反，大小相等。方向相反，大小相等。所以所以 F2=F2A14.02年上海年上海13、(4分分)磁磁场场具具有有能能量量，磁磁场场中中单单位位体体积积所所具具有有的的能能量量叫叫做做能能量量密密度度，其其值值为为 ，式式中中B是是磁磁感感应应强强度度，是是磁磁导导率率，在在空空气气中中为为一一已已知知常常数数为为了了近近似似测测得得条条形形磁磁铁铁磁磁极极端端面面附附近近的的磁磁感感强强度度B，一一学学生生用用一一根根端端面面面面积积为为A的的条条形形磁磁铁铁吸吸住住一一相相同同面面积积的的铁铁片片P，再再用用力力将将铁铁片片与与磁磁铁铁拉拉开开一一段段微微小小距距离离，l，并并测测出出拉拉力力F，如如图图所所示示，因因为为F所所做做的的功功等等于于间间隙隙中中磁磁场场的的能能量量，所所以以由由此此可可得得磁磁感感强强度度B与与F、A之之间间的关系为的关系为B=PFlN解：解：间隙中磁场的能量为间隙中磁场的能量为拉力拉力F所做的功为所做的功为W=F l 根据题意根据题意W=E 15.(4分分)如如图图所所示示，虚虚线线框框abcd内内为为一一矩矩形形匀匀强强磁磁场场区区域域，ab=2bc，磁磁场场方方向向垂垂直直于于纸纸面面；实实线线框框abcd是是一一正正方方形形导导线线框框，ab与与ab边边平平行行，若若将将导导线线框框匀匀速速地地拉拉离离磁磁场场区区域域，以以W1表表示示沿沿平平行行于于ab的的方方向向拉拉出出过过程程中中外外力力所所做做的的功功，W2表表示示以以同同样样速速率率沿沿 平平 行行 于于 bc的的 方方 向向 拉拉 出出 过过 程程 中中 外外 力力 所所 做做 的的 功功，则则 ()AW1=W2 BW2=2W1 CW1=2W2 DW2=4W1 01年全国年全国7adcbadcbB16.Shx12baBCE例例6、如如图图示示，金金属属棒棒ab质质量量m=5g，放放在在相相距距L=1m、处处于于同同一一水水平平面面上上的的两两根根光光滑滑的的平平行行金金属属导导轨轨最最右右端端，导导轨轨距距地地高高h=0.8m，电电容容器器C=400F，电电源源电电动动势势E=16V，整整个个装装置置放放在在方方向向竖竖直直向向上上、B=0.5T的的匀匀强强磁磁场场中中，开开关关S先先打打向向1，稳稳定定后后再再打打向向2，金金属属棒棒被被抛抛到到水水平平距距离离x=6.4cm的的地地面面上上，空空气气阻阻力力忽忽略略不不计计，取取g=10m/s2，求求：金金属属棒棒ab抛抛出出后后电电容容器器两两端端电电压压有有多多高高？解：由平抛运动解：由平抛运动 h=1/2 gt2 t=0.4s v0=x/t=0.16m/s原来电容器带电原来电容器带电 Q0=CE=6.410 3 C设平均放电电流为设平均放电电流为I，则，则F=BIL 由动量定理由动量定理-Ft=0-mv0 即即 BLIt=mv0Q=It=mv0 BL=1.610 3 C电容器上剩余电量电容器上剩余电量Q=Q0-Q=4.810 3 C抛出后电容器两端电压抛出后电容器两端电压 U=Q/C=12V17.1A通电直导线通电直导线A与圆形通电导线环与圆形通电导线环B固定放置在同固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线A受到水平向受到水平向 的安培力作用当的安培力作用当A、B中电流大中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受所受到的安培力方向水平向到的安培力方向水平向 右右右右2005年上海卷年上海卷1A.AIIB18.