第26課磁場磁場對電流的作用

1、第26課 磁場磁場對電流的作用1安培定則a. 根據(jù)安培定則分析電流產(chǎn)生的磁場（1）（經(jīng)典題，6分）下列幾幅圖中，由電流產(chǎn)生的磁場方向正確的是（）答案：B解析：通電直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場的方向，可以利用右手螺旋定則判斷，大拇指指向直導(dǎo)線電流方向，四指指向磁感線方向， 故A項(xiàng)錯誤。對于環(huán)形電流，四指彎曲方向?yàn)殡娏鞣较颍?大拇指指向內(nèi)部中軸線磁場方向，故B項(xiàng)正確。從上往下看，線框的電流方向?yàn)轫槙r針方向，根據(jù)安培定則可知軸線上磁場的方向向下，故C項(xiàng)錯誤。電流方向上邊垂直于紙面向里，下邊垂直于紙面向外，則根據(jù)安培定則，螺線管內(nèi)部的磁場方向向左，故D項(xiàng)錯誤。b. 利用安培定則判斷磁場方向進(jìn)而求解磁感應(yīng)強(qiáng)度（

2、2）（2017全國川，6分）如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bo的勻強(qiáng)磁場中，兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為I。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為I的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則 a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為（）戶曲®A.0BFBoC.#BoD. 2Bo答案：C解析：在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為I的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則兩導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相 等、方向相反，如圖（a）所示。則外加磁場的方向與 PQ平行，由Q指向P,大小滿足Bi

3、= Bo。根據(jù)幾何關(guān)系有BpCOS 30 = 2bo,解得P或Q通電導(dǎo)線在a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 Bp=_Bo。當(dāng)P中電流23反向，其他條件不變，通電導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖（b）所示。IBi h Ia點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B =根據(jù)幾何關(guān)系有B2 = Bo，且外加磁場不變，故在A 順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B 順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D .逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升答案：A解析：在導(dǎo)線兩側(cè)取兩小段， 左側(cè)一小段所受安培力的方向垂直紙面向里，右側(cè)一小段所受安培力的方向垂直紙面向外，從上往下看，則導(dǎo)線順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的過程中，導(dǎo)線所受的 安培力方向向下，所以導(dǎo)線的運(yùn)動

4、情況為順時針轉(zhuǎn)動，同時下降，故A項(xiàng)正確。b.安培力F = BIL中的L是指有效長度（4）（經(jīng)典題，6分）如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向（垂直于紙面向里）垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L,且/ abc=Z bcd= 135° 流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線abcd所受到的磁場的作用力的合力（）X X X X XA .方向沿紙面向上，大小為 （.2 + 1）ILB B .方向沿紙面向上，大小為 （.2 1）ILBC.方向沿紙面向下，大小為 C 2 + 1）ILBD .方向沿紙面向下，大小為 （，2 1）ILB答案：A解析：導(dǎo)

5、線abed的有效長度為（2+ 1）L,根據(jù)F = BIL ,可知導(dǎo)線受到的安培力大小為 （2 +1）BIL，根據(jù)左手定則可以判斷，導(dǎo)線受到的安培力沿紙面向上，故A項(xiàng)正確。3安培力作用下導(dǎo)體的平衡及運(yùn)動a.根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受力平衡求參量（5）（2015全國I, 12分）如圖所示，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地 懸掛在勻強(qiáng)磁場中；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T,方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣，金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12 V的電池相連，電路總電阻為2 Qo已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5 cm;閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)

6、斷開時相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取 10 m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。答案：豎直向下（2分）0.01 kg（10分）解析：根據(jù)題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a,由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下。（2分）開關(guān)斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長量為Al1= 0.5 cm o根據(jù)胡克定律和力的平衡條件有2kAl1 = mg（2 分）開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F = BIL （2 分）兩彈簧各自再伸長了Al2= 0.3 cm，根據(jù)胡克定律和力的平衡條件有2k（ A1+ A2）= mg+ F（2 分）根據(jù)歐姆定律有 E= I

7、R（2分）聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)解得m= 0.01 kg（2 分）b.通電導(dǎo)體在磁場中處于平衡狀態(tài)需要滿足的條件（6）（經(jīng)典題，6分）有一金屬棒ab,質(zhì)量為m,電阻不計，可在兩條軌道上滑動，如圖所示， 軌道間距為L,其平面與水平面的夾角為0,置于垂直于軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，金屬棒與軌道的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，回路中電源電動勢為E,內(nèi)阻不計（假設(shè)金屬棒與軌道間動摩擦因數(shù)為譏則下列說法正確的是（）A .若R>，導(dǎo)體棒不可能靜止mgsin 0+ 卩 mgos 0B .若Rv，導(dǎo)體棒不可能靜止mgsin 0+ 卩 mgos 0C.若導(dǎo)體棒靜止，則靜摩擦力的方向一定沿軌道平面向上

8、 D 若導(dǎo)體棒靜止，則靜摩擦力的方向一定沿軌道平面向下 答案：B解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律可得1= E，當(dāng)導(dǎo)體棒受到的摩擦力向上且剛好靜止時，根據(jù)RBEL共點(diǎn)力平衡可得 BIL +卩mgos 0> mgsin 0,解得R W。當(dāng)導(dǎo)體棒受到的摩mgsin 0mgos 0擦力向下且剛好靜止時，根據(jù)共點(diǎn)力平衡可得BIL w i mgos 0+ mgsin 0,解得BELBELR>。故電阻的范圍在mgsin 0+ i mgos 0體棒靜止，故 A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確。 可能沿軌道平面向下，也可能恰好為零，BELW R W時，導(dǎo)mgsi n 0+ 卩 mgos 0 mgs in 0卩 mgos

9、0 根據(jù)以上分析可知靜摩擦力可能沿軌道平面向上，也 故 C項(xiàng)、D項(xiàng)均錯誤。c. 通電導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動（7）（經(jīng)典題，8分）“電磁炮”是利用電磁力對彈體加速的新型武器，具有速度快、效率高等 優(yōu)點(diǎn)。如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道寬為L =0.2 m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 1 X 102 T?！半姶排凇睆楏w總質(zhì)量m= 0.2 kg，其中彈體在軌道間的電阻R= 0.4 Q,可控電源的內(nèi)阻 r = 0.6 Q,電源的電壓能自行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗(yàn)發(fā)射時，電源為加速彈體提供的電流是1= 4 X 103 A，不計空

10、氣阻力。求： 彈體從靜止加速到 4 km/s，軌道至少要多長； 彈體從靜止加速到 4 km/s過程中，該系統(tǒng)消耗的總能量。答案： 20 m（3 分） 1.76 X 106 J（5 分）解析：在導(dǎo)軌通有電流I時，彈體作為導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，受到安培力的作用，有F = ILB（1 分）1根據(jù)動能定理有Fx= ?mv2（1分）彈體從靜止加速到 v= 4 km/s解得軌道至少需要的長度為x = 20 m（1分）彈體從靜止加速到 v= 4 km/s過程中，根據(jù)牛頓第二定律有 F = ma（1分）根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有 v= at（1分）根據(jù)焦耳定律，發(fā)射過程中產(chǎn)生的熱量有2Q= I （R+ r）t（1 分）

11、彈體的動能Ek= *mv2系統(tǒng)消耗的總能量為E= Ek+ Q（1 分）解得 E = 1.76 X 106 j（i 分）d. 磁流體問題（8）（2018改編，8分）磁流體推進(jìn)船的動力來源于電流與磁場間的相互作用。圖（a）是在平靜海面上某實(shí)驗(yàn)船的示意圖，磁流體推進(jìn)器由磁體、電極和矩形通道（簡稱通道）組成。如圖（b）所示，通道尺寸 a= 2.0 m、b= 0.15 m、c = 0.10 m。工作時，在通道內(nèi)沿 z軸正方向加 B = 8.0 T的勻強(qiáng)磁場；沿 x軸負(fù)方向加勻強(qiáng)電場，使兩金屬板間的電壓U = 99.6 V ;海水沿y軸方向流過通道。已知海水的電阻率尸0.20 Qm船靜止時，求電源接通瞬間推進(jìn)器對海水推力的大小和方向。it朋口出餐口宦爲(wèi)板答案：796.8 N（6分）方向沿y軸正方向（向右）（2分）解析：根據(jù)安培力公式，推力F1= hBb（2分）其中R（1分）b八R= pac（2 分）解得 F1= 796