2012屆高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第8章 第2講 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用學(xué)案（教師版）新人教版

1、 一、安培力 1安培力大小的計(jì)算 (1)通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)，F(xiàn)BIL (2)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，F(xiàn)0 (3)若B與I(L)夾角為時(shí)，F(xiàn)BILsin 注：公式的適用條件一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng) 2安培力方向的判斷 (1)通電導(dǎo)線所受的安培力F的方向、磁場(chǎng)B的方向及電流I的方向之間的關(guān)系可以用左手定則來(lái)判定 (2)安培力F的方向既與磁場(chǎng)B的方向垂直，又與電流I的方向垂直，即F總是垂直于 I和B所決定的平面 3兩根平行的通電導(dǎo)線的作用 同向電流相互吸引，反向電流相互排斥二、電流表的工作原理1磁電式電流表的構(gòu)造如圖821所示圖821圖8222如圖822中蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的

2、不管通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)到什么位置，線圈平面都跟磁感線平行，線圈受到的安培力矩MnBIS保持不變當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度，螺旋彈簧的阻力矩M與安培力矩M大小相等時(shí)線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，指針指示一個(gè)確定的讀數(shù)IM/nBS.由于M與指針(或線圈)轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比，所以電流越大，偏轉(zhuǎn)角也越大，與I成正比因通電線圈中的電流方向改變時(shí)，指針(或線圈)偏轉(zhuǎn)的方向隨之改變，故根據(jù)電流表指針偏轉(zhuǎn)方向可判定電路中的電流方向一、安培力有什么特點(diǎn)？解答：1大小特點(diǎn)(1)不僅與B、I、L有關(guān)，還與放置方式有關(guān)圖823 (2)對(duì)于非直導(dǎo)線，L是有效長(zhǎng)度，不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖823所示

3、)，相應(yīng)的電流方向，沿L由始端流向末端因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長(zhǎng)度L0，所以通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力的矢量和一定為零 2安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I三者的方向關(guān)系 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力F，總垂直于電流與磁感線所確定的平面 (1)已知電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，可用左手定則唯一確定F的方向 (2)已知F和B的方向，當(dāng)導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可唯一確定電流I的方向 (3)已知F和I的方向時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定 二、如何判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向？ 解答：判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向，一般采用下列幾種方法： 1電流元分析法 把長(zhǎng)直電流等分為無(wú)數(shù)

4、小段直線電流元，先用左手定則判斷出一小段電流元受到的安培力方向，再判斷整段電流所受的安培力合力的方向，從而確定導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向 2特殊位置分析法 分析通電導(dǎo)線上的某個(gè)特殊位置，判斷其安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向 3等效分析法 常把條形磁鐵等效為環(huán)形電流，也可把環(huán)形電流等效為小磁針，以及把通電螺線管等效成多個(gè)環(huán)形電流或條形磁鐵 4結(jié)論分析法 兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì) 利用這些結(jié)論進(jìn)行分析，可以事半功倍 三、怎樣處理通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用下的平衡問(wèn)題？ 解答：在安培力作用下物體的平衡問(wèn)題是力電綜合題中經(jīng)

5、常出現(xiàn)的一類(lèi)題目，解決這類(lèi)問(wèn)題要有空間想象能力，把空間立體圖形改畫(huà)為平面截面圖是解答此類(lèi)題目的關(guān)鍵；正確判斷安培力的方向和正確計(jì)算安培力的大小是解決這類(lèi)問(wèn)題的基礎(chǔ). 此類(lèi)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是力的平衡問(wèn)題，只是受力分析時(shí)要分析安培力；處理這類(lèi)問(wèn)題的方法是：先對(duì)通電導(dǎo)線進(jìn)行受力分析，畫(huà)出導(dǎo)體受力平面圖示(或側(cè)面圖)將空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題，然后根據(jù)其受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，列出相應(yīng)的方程式進(jìn)行求解 1安培力大小的計(jì)算例1：(2010·上海物理)如圖824所示，長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I

6、的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為() A0 B0.5BIl CBIl D2BIl圖824解析：導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為2lsin30°l，故該V形通電導(dǎo)線受到安培力大小為FBIl，選項(xiàng)C正確本題也可以用另一種解法先求出每段長(zhǎng)為l的直導(dǎo)線受到的安培力大小分別為F1F2BIl，而F1與F2的夾角為120°，所以F1與F2的合力大小為FBIl.【答案】C方法點(diǎn)撥：計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的直導(dǎo)線受到的安培力，要注意兩種特例的前提條件：如果BL，安培力最大，F(xiàn)BIl；如果BL，安培力為零會(huì)利用矢量分解的方法計(jì)算導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度成任意角時(shí)受到的安培力對(duì)于非直導(dǎo)線，要理解用“等效長(zhǎng)度”替

7、代非直導(dǎo)線長(zhǎng)度的等效思想變式訓(xùn)練：如下圖所示的四種情況中，通電直導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，電流均為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，其中導(dǎo)線受到的安培力大小為FBIl的是()解析：圖A中BL，圖C中也是BL(角是L與水平線的夾角，容易產(chǎn)生誤導(dǎo))，安培力FBIL，所以選項(xiàng)A、C正確圖B中BL，安培力F0.圖D中B與L成角，安培力FBILsin.答案：AC圖825 2安培力方向的判斷例：如圖825所示，用細(xì)繩懸于O點(diǎn)的可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的通電導(dǎo)線AB放在蹄形磁鐵的上方，當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向電流時(shí)，從上向下看AB的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及細(xì)繩中張力如何變化()AAB順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，張力變大BAB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，張力變小CAB順時(shí)針

8、轉(zhuǎn)動(dòng)，張力變小DAB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，張力變大 解析：在導(dǎo)線上靠近A、B兩端各取一個(gè)電流元，A處電流元所在磁場(chǎng)向上穿過(guò)導(dǎo)線，根據(jù)左手定則，該處導(dǎo)線受力向外，同理B處電流元受安培力向里，所以從上向下看，導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，由于導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)，所以電流在垂直紙面方向有了投影，對(duì)于此有效長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，磁感線是向右穿過(guò)導(dǎo)線，再根據(jù)左手定則可判定導(dǎo)線受到向下的安培力 【答案】 D 方法點(diǎn)撥：應(yīng)用左手定則判斷安培力的方向，一定要明確磁感線的立體分布情況，要有空間想象力特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)過(guò)程，一定要明確導(dǎo)線處于不同位置時(shí)磁場(chǎng)的方向和電流的方向，這樣才能正確判斷出安培力的方向 變式訓(xùn)練2：通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置

9、在同一水平面上，通有如圖826所示的電流時(shí)，通電直導(dǎo)線A受到水平向_的安培力作用當(dāng)A、B中電流大小保持不變，但同時(shí)改變方向時(shí)，通電直導(dǎo)線A所受到的安培力方向水平向_.圖826 解析：由安培定則知B線圈在A導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)是垂直紙面向內(nèi)，再根據(jù)左手定則，可以判斷出A受力向右 B中電流方向改變時(shí)，A處的磁場(chǎng)方向也與原來(lái)相反，A的電流反向，則受力方向?qū)⒉蛔?，還是向右 3安培力作用下物體的平衡問(wèn)題例3：質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒MN靜止于水平導(dǎo)軌上，通過(guò)MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與導(dǎo)軌平面成角斜向上，如圖827所示，求MN受到的支持力和摩擦力圖827解析：由于MN靜止，根據(jù)如圖所

10、示的導(dǎo)體棒MN的受力分析圖，可得：mgFcosNFsinf又FILB，從而NmgILBcos，fILBsin方法點(diǎn)撥：解決安培力作用下物體的平衡問(wèn)題，關(guān)鍵是正確分析受力，建立平衡方程，在畫(huà)受力分析圖時(shí)，為了更清晰的表示各個(gè)力之間的關(guān)系，要善于將立體空間的受力情況轉(zhuǎn)化為平面受力圖變式訓(xùn)練：圖828為一電流表的原理示意圖質(zhì)量為m的均質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過(guò)一絕緣掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連，彈簧勁度系數(shù)為k.在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù)，MN的長(zhǎng)度大于ab.當(dāng)MN中沒(méi)有電流通過(guò)且處于平衡狀態(tài)時(shí)，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合；當(dāng)MN中有電流通過(guò)時(shí)，指針示數(shù)可表示電