高中物理选修31 第三章第34讲 磁场对通电导线的作用力安培力.docx

1、高中物理选修31 第三章第34讲 磁场对通电导线的作用力安培力第34讲磁场对通电导线的作用力安培力考情 剖析(注：考纲要求及变化中代表了解和认识，代表理解和应用；命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)考查内容考纲要求及变化考查年份考查形式考查详情考试层级命题难度安培力(计算限于直导线根匀强磁场平行或垂直两种情况)09计算考查安培力的计算公式10计算以导体棒切割磁感线为背景，考查FBIL的应用11单选以通电直导线产生的磁场和导线框切割磁感线为背景，考查安培力大小单选以与电容相连的直导线切割磁感线为背景，考查导体棒在安培力作用下加速度和速度的动态变化情况12计算以线圈切割磁感线为背景，考查

2、安培力大小的计算重点B小结及预测1.小结：安培力以选择题、计算题形式进行考查、侧重以导线框、通电直导线或线圈切割磁感线为背景，考查安培力大小的计算2预测：预测14年会考查3复习建议：复习时结合受力分析、欧姆定律和运动学公式计算安培力的大小和分析导体棒的运动情况. 知识 整合一、磁场对通电导线的作用力叫做_它的大小若IB时，_；若IB时，_二、通电导线在磁场中所受安培力的方向跟_方向、_方向之间的关系，可以用左手定则来判定： 伸开左手，使大拇指跟其余四个手指_，并且都跟手掌在_，把手放入磁场中，让磁感线_，并使伸开的四指指向_方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的_方向三、磁电式电流

3、表的工作原理_磁电式电流表主要由构成辐向磁场使线圈转到任何位置时都保持_与_平行，因此，处在磁场的两个边所受的安培力总是与_垂直，安培力的力臂总是_对公式FBIL的理解1使用条件：匀强磁场(或L很小时的非匀强磁场)，B与I垂直2如B与L成角度，则FBILsin，此式说明安培力F的大小与磁感应强度B、电流I、导线长度以及导线放置的方法有关3安培力F的方向由左手定则判定4式中的L为有效长度，如是直导线，其有效长度即导线自身长度如图所示，弯曲的导线ACD的有效长度为L，等于两端点A、D所连直线的长度，其所受的安培力为FBIL.安培力与力学综合问题(1)通电导体在磁场中的平衡与加速运动问题处理此类问题

4、时应注意：变三维为二维，作出平面受力分析图，进行受力分析，安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则判断，注意F安B、F安I.受力分析完后，列平衡方程式、牛顿第二定律的方程式，然后求解(2)通电导体在磁场中与动量、能量相综合的问题注意安培力的冲量IFtBILtBLQ，与通过导体的电量有着联系安培力做功与路径有关，所以绕闭合回路一周，安培力做功可以为正，可以为负，也可以为零，不像重力和电场力做功一定为零安培力做功的实质：起传递能量的作用，将电源的能量传递给通电导线，而磁场本身并不提供能量a安培力做正功；是将电源的能量传递给通电导线转化为导线的动能或其他形式的能b安培力做负功；是将其他形式的能转化为

5、电能后再储存或转化为其他形式的能【典型例题1】 如图所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点，使其向上运动若b始终保持静止，则它所受摩擦力可能() A变为0 B先减小后不变 C等于F D先增大再减小温馨提示解答此题时应先对导体棒进行受力分析，然后根据受力情况判断摩擦力的变化情况记录空间【变式训练1】在倾角30的斜面上，固定一金属框，宽L0.25m，接入电动势E12 V、内阻不计的电池垂直框面放有一根质量m0.2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数，整个装置放在

6、磁感应强度B0.8T、垂直框面向上的匀强磁场中当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不计，g取10m/s2.安培力作用下的导体的运动方向的判断判断物体在安培力作用下的运动，常用方法有以下四种：1电流元受力分析法：把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元受安培力方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向2特殊值分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置(如转90)后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向3等效分析法：环形电流可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流，通电螺线管可等效成很多的环形电流来分析4推论

7、分析法：(1)两电流相互平行时无转动趋势，方向相同相互吸引，方向相反相互排斥；(2)两电流不平行时有转动的趋势且有转动到方向相同的趋势【典型例题2】 如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通以电流I时，导线的运动情况从上往下看是() A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升温馨提示分析此题时先运用电流元受力分析法，然后再运用特殊值分析法进行解题记录空间【变式训练2】如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以() A将

8、a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极 B将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极 C将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极 D将a、c端接交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端 随堂 演练1如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，第1题图a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为() AF2 BF1F2 CF1F2 D2F1F22如图，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F0，可能达到要求的方法是()第2题图 A加

9、水平向右的磁场 B加水平向左的磁场 C加垂直纸面向里的磁场 D加垂直纸面向外的磁场第3题图3如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是() ABmg，方向垂直斜面向上 BBmg，方向垂直斜面向下 CBmg，方向垂直斜面向下 DBmg，方向垂直斜面向上4如图，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，第4题图磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为() A0 B0.5B

10、Il CBIl D2BIl5质量为m的金属棒MN两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点，棒处于水平状态，棒的中部有水平方向的匀强磁场，磁场方向垂直金属棒，如图所示当棒中通有从M流向N方向的恒定电流时，悬线中有拉力为了减小悬线中的拉力，第5题图可采用的办法有() A适当增大水平磁场的磁感应强度 B使磁场反向 C适当减小金属棒中的电流 D使电流反向6如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.50T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5V、内阻r0.50的直流电源现把一个质量m0.040kg的导

11、体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin370.60，cos370.80，求：第6题图(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力7如图所示，在磁感应强度B1.0 T、方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与水平面成37角的导电滑轨，滑轨上放一个可以自由滑动的金属杆ab.已知接在滑轨中的电源电动势E12 V，内阻不计，ab杆长L0.5 m，质量m0.2 kg，杆与平行滑轨间的动摩擦因数0.1；不计滑轨与ab杆的电阻，g取10 m/s2，求接在滑轨

12、上的变阻器R的阻值在什么范围内变化时，可以使ab杆在滑轨上保持静止第7题图第34讲磁场对通电导线的作用力安培力知识整合基础自测一、安培力F0FBIL二、磁场电流垂直一个平面内垂直穿入手心电流受力三、安培力与电流关系蹄形磁铁、铁芯、绕在线框上的线圈、螺旋弹簧、指针磁场线框平面线框平面最大重点阐述【典型例题1】 如图所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点，使其向上运动若b始终保持静止，则它所受摩擦力可能() A变为0 B先减小后不变 C等于F D先增大再减小【答案】

13、AB【解析】对a棒所受合力为FaFFfmg sinBIl，说明a做加速度减小的加速运动，当加速度为0后匀速运动，所以a所受安培力先增大后不变如果FFf2mg sin ，则最大安培力为mg sin ，则b所受摩擦力最后为0, A正确如果FFf2mg sin ，则最大安培力小于mg sin ，则b所受摩擦力一直减小最后不变，B正确如果Ff3mg sin FFf2mg sin ，则最大安培力大于mg sin 小于2mg sin ，则b所受摩擦力先减小后增大最后不变可以看出b所受摩擦力先变化后不变，CD错误变式训练11.6R4.8【解析】 首先将立体图转化为平面图金属棒受到四个力作用：重力mg、垂直框

14、面向上的支持力N、沿框面向上的安培力F、沿框面的摩擦力f.金属棒静止在框架上时，摩擦力f的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分两种情况考虑(1)当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿框面上滑趋势，因此，框架对棒的摩擦力沿框面向下，如图(1)所示金属棒刚好不上滑时满足平衡条件BLmgcosmgsin0，R1.6；(2)当变阻器R取值较大时，I较小，安培力F较小，在金属棒重力分力mgsin作用下使棒有沿框架下滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上，如图(2)所示金属棒刚好不下滑时满足平衡条件BLmgcosmgsin0，得R4.8所以R的取值范围应为1.6R4.8.(1)(2)【

15、典型例题2】 如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通以电流I时，导线的运动情况从上往下看是() A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，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【答案】C【解析】电流元受力分析法：把通电直导线等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元所受安培力方向如图所示，可见导线将逆时针转动再运用特殊值分析法：用导线转过90的特殊位置(如图的虚线位置)来分析，判断得安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动变式训练2ABD【解析】 使MN垂直纸面向外运动，则MN应受向外的安培力的作用，

16、由左手定则易判断ABD正确随堂演练1A【解析】 加匀强磁场前，a、b间产生一作用力与反作用力，b受到的磁场力大小也为F1，加入匀强磁场后，a、b电流大小相等且平行，所以两导线受到的磁场力大小相同，均为F2，方向相反，A正确2.C【解析】 绳子的拉力均为0，则绳子所受安培力向上与重力大小相等方向相反，故由左手定则知，导线应处在垂直纸面向里的磁场中，C正确3.A【解析】 若磁场方向垂直斜面向上，由左手定则可判定，安培力方向沿斜面向上，则杆受竖直向下的重力mg，斜面对杆的支持力第3题图FN和沿斜面向上的安培力F，如图所示，则sin，而FBIL，所以Bmg，故A对D错；若磁场方向垂直斜面向下，由左手定

17、则可判定，安培力方向沿斜面向下，因斜面光滑，杆不可能静止在斜面上，故B、C错4.C【解析】 导线有效长度为2l sin30l，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl.选C.5.A【解析】 由于FBIL，且方向向上，故只要增大F，就可以减小悬线的拉力，故只有A正确6.(1)1.5A(2)0.30N(3)0.06N方向沿斜面向下【解析】 (1)根据闭合电路欧姆定律I1.5A.(2)导体棒受到的安培力F安BIL0.30N.(3)将重力正交分解，设导体棒所受重力沿斜面的分力为F1，则F1mgsin370.24N，所以F1F安，导体棒受力如图，根据平衡条件有mgsin37FfF安，解得Ff0.06N，方向沿斜面向下第6题图73 R5 【解析】 杆ab正好在不下滑、不上滑两种情况下的受力如图甲、乙所示甲乙第7题图(1)杆ab刚好不下滑时，根据平衡条件有：又F1BI1L，I1，解得R15 .(2)杆ab刚好不上滑时，根据平衡条件，得：又F2BI2L，I2，解得R23 .