磁場(chǎng)對(duì)電流作用--袁媛

1、同學(xué)們，電動(dòng)機(jī)是靠什么力轉(zhuǎn)動(dòng)的？生活中的電動(dòng)機(jī)生活中的電動(dòng)機(jī)成成 都都 市市 籍籍 田田 中中 學(xué)學(xué) 袁袁 媛媛-與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問(wèn)題與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問(wèn)題 問(wèn)題：安培力的方向與哪些因素有關(guān)？如何判斷？問(wèn)題：安培力的方向與哪些因素有關(guān)？如何判斷？（1）左手定則：伸開左手，四指左手定則：伸開左手，四指并攏，使大拇指與其余四個(gè)手指并攏，使大拇指與其余四個(gè)手指 ，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線垂直穿過(guò)手心，四指指向沿感線垂直穿過(guò)手心，四指指向沿 的方向，則的方向，則 所指的方向所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向(2)安培

2、力的方向特點(diǎn)：安培力的方向特點(diǎn)：FB，F(xiàn)，即，即F垂直于垂直于 決定的平?jīng)Q定的平面面。垂直垂直電流電流B和和I2安培力的大小(1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流時(shí)，安培力最大，F(xiàn)max。垂直(2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流時(shí)，安培力等于零。問(wèn)題：安培力的大小與哪些因素有關(guān)？有什么特點(diǎn)？問(wèn)題：安培力的大小與哪些因素有關(guān)？有什么特點(diǎn)？友情提醒友情提醒：（：（1）公式的適用條件公式的適用條件一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng) （2）B為為L(zhǎng)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 （3）L為有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端的連線在垂直磁為有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端的連線在垂直磁場(chǎng)方向的投影長(zhǎng)度場(chǎng)方向的投影長(zhǎng)度 (2010上海物理)如圖所示，長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)

3、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課前熱身課前熱身:C 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：倡導(dǎo)素質(zhì)教育的大背景下，高考也加倡導(dǎo)素質(zhì)教育的大背景下，高考也加強(qiáng)了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考查在近年的高考中，強(qiáng)了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考查在近年的高考中，“磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用電流的作用”考點(diǎn)頻頻出現(xiàn)，在近年的高考中考查頻考點(diǎn)頻頻出現(xiàn)，在近年的高考中考查頻繁，值得大家進(jìn)一步的思考，如繁，值得大家進(jìn)一步的思考，如安培力參與的平衡態(tài)安培力參與的平衡態(tài)問(wèn)題、非平衡態(tài)問(wèn)題問(wèn)題、非

4、平衡態(tài)問(wèn)題等等 安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問(wèn)題安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問(wèn)題 基本方法： 1、把空間立體圖形改畫為平面截面圖是解答此類題目的關(guān)鍵。2、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問(wèn)題的基礎(chǔ)。 轉(zhuǎn)換對(duì)象 立體圖 平面圖平面圖 轉(zhuǎn)換對(duì)象 立體圖 平面圖平面圖 【典例典例1】(2012天津卷，天津卷，2)如圖所示，金屬棒如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列如果僅改變下列某一個(gè)

5、條件，某一個(gè)條件，角的相應(yīng)變化情況是角的相應(yīng)變化情況是 () A棒中的電流變大，棒中的電流變大，角變大角變大 B兩懸線等長(zhǎng)變短，兩懸線等長(zhǎng)變短，角變小角變小 C金屬棒質(zhì)量變大，金屬棒質(zhì)量變大，角變大角變大 D磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，角變小角變小題型題型1：安培力作用下導(dǎo)體桿的平衡：安培力作用下導(dǎo)體桿的平衡審題指導(dǎo)(1)金屬棒MN處于_狀態(tài)(2)沿MN方向看，畫出MN的受力圖_(3)利用平衡條件列出平衡方程_.平衡平衡BIlmgtanA斜面上的安培力平衡、極值問(wèn)題斜面上的安培力平衡、極值問(wèn)題【例例2】如圖如圖所示，在傾角所示，在傾角30的的斜面上，固定一金屬框，斜面上，固定一金屬框，寬寬

6、L0.25 m，接入電動(dòng)勢(shì)接入電動(dòng)勢(shì)E12 V，內(nèi)阻不計(jì)的電源，內(nèi)阻不計(jì)的電源，垂直垂直框面放有一根質(zhì)量框面放有一根質(zhì)量m0.2 kg的金的金屬棒屬棒ab，它與框架的動(dòng)摩擦，它與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)因數(shù) 整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T，垂直框面向，垂直框面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，可使金屬棒靜止在框架上？框架與棒的電阻不計(jì)，可使金屬棒靜止在框架上？框架與棒的電阻不計(jì)，g取取10 m/s2.63思維導(dǎo)圖思維導(dǎo)圖)cos(sin0sincosmgBELRmgmgLREB得(2)(2)當(dāng)變阻器當(dāng)變

7、阻器R R取值較小時(shí)，取值較小時(shí)，I I較大，安培力較大，安培力F F較大，較大，解析解析(1)(1)當(dāng)變阻器當(dāng)變阻器R R取值較大時(shí)，取值較大時(shí)，I I較小，較小，安培力安培力F F較小，較小，答案答案 1.6 1.6 R R4.8 4.8 )cos(sin0sincosmgBELRmgmgLREB得 反思總結(jié) 1求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問(wèn)題的基本思路2 2求解關(guān)鍵求解關(guān)鍵(1)(1)電磁問(wèn)題力學(xué)化電磁問(wèn)題力學(xué)化(2)(2)立體圖形平面化立體圖形平面化3、注意安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直又和電流方注意安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直又和電流方向垂直向垂直例例3如圖所示，質(zhì)量為如圖所

8、示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒電阻為的導(dǎo)體棒電阻為R，初始，初始時(shí)靜止于光滑的水平軌道上，電源電動(dòng)勢(shì)為時(shí)靜止于光滑的水平軌道上，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不，內(nèi)阻不計(jì)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為計(jì)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與軌道平面成，其方向與軌道平面成角斜向上方，開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)，則角斜向上方，開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)，則 ()題型題型2安培力與牛頓定律的綜合安培力與牛頓定律的綜合A導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)B開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為所受安培力為C開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為所受安培力為D開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN的加

9、速度為的加速度為RBELRBELsinmRBELsinBD易錯(cuò)點(diǎn)：易錯(cuò)點(diǎn)：（1 1）安培力方向判斷）安培力方向判斷 （2 2）受力分析）受力分析求解關(guān)求解關(guān)鍵：鍵：立體圖形平面化立體圖形平面化例例4 4：如圖所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，如圖所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O O點(diǎn)點(diǎn)為圓弧的圓心兩金屬軌道之間的寬度為為圓弧的圓心兩金屬軌道之間的寬度為0.5 m0.5 m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向如圖，大小為如圖，大小為0.5 T0.5 T質(zhì)量為質(zhì)量為0.05 kg0.05 kg、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為0.5 m0.5 m的金屬細(xì)桿置的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的于金屬軌道上的M M

10、點(diǎn)當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為點(diǎn)當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為2 A2 A的恒定的恒定電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿桿向右由靜止開始運(yùn)動(dòng)已知電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿桿向右由靜止開始運(yùn)動(dòng)已知MNMNOPOP1 m1 m，則，則 ( ( ) )A金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)的加速度為金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)的加速度為5 m/s2B金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大小為點(diǎn)時(shí)的速度大小為5 m/sC金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的向心加速度大小點(diǎn)時(shí)的向心加速度大小10 m/s2D金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為0.75 N安培力做功問(wèn)題安培力做功問(wèn)題D點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：

11、 (1)(1)電磁問(wèn)題力學(xué)化電磁問(wèn)題力學(xué)化 (2)(2)立體圖形平面化立體圖形平面化（3)3)安培力做功將電能轉(zhuǎn)化成其他能，安培力做功將電能轉(zhuǎn)化成其他能，克服安培力做功將其他能轉(zhuǎn)化成電能克服安培力做功將其他能轉(zhuǎn)化成電能 從高考的出題形式上來(lái)看，主要體現(xiàn)于把安培力的知識(shí)背景與實(shí)際物理模型的相互綜合，如磁力秤、磁力秤、磁力炮、磁流體推進(jìn)船、電磁泵等模型磁力炮、磁流體推進(jìn)船、電磁泵等模型，所以綜合性很強(qiáng)，突出考查學(xué)生對(duì)于磁場(chǎng)類綜合問(wèn)題的構(gòu)建模型的能力，試題既可以通過(guò)選擇的形式考查單一的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也可以把安培力作用問(wèn)題與平衡、運(yùn)動(dòng)學(xué)、能量等多方面的知識(shí)進(jìn)行綜合，多以壓軸題的形式出現(xiàn)。題型題型3 3：

12、安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：STSSTS問(wèn)題問(wèn)題 電磁炮是利用安培力推動(dòng)通電導(dǎo)體平動(dòng)的例電磁炮是利用安培力推動(dòng)通電導(dǎo)體平動(dòng)的例子，它在生產(chǎn)與生活中有極廣泛的應(yīng)用。子，它在生產(chǎn)與生活中有極廣泛的應(yīng)用。 題型題型3 3：安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：STSSTS問(wèn)題問(wèn)題電磁炮原理圖電磁炮原理圖 電磁炮是利用安培力推動(dòng)通電導(dǎo)體平動(dòng)的例電磁炮是利用安培力推動(dòng)通電導(dǎo)體平動(dòng)的例子，它在生產(chǎn)與生活中有極廣泛的應(yīng)用。子，它在生產(chǎn)與生活中有極廣泛的應(yīng)用。 題型題型3 3：安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：安培力在實(shí)際生活中的應(yīng)用：STSSTS問(wèn)題問(wèn)題模擬圖：模擬圖：立體圖立

13、體圖平面簡(jiǎn)化圖平面簡(jiǎn)化圖（20112011年高考年高考全國(guó)卷新課標(biāo)版）全國(guó)卷新課標(biāo)版）電磁軌道炮工作原理如圖所示。電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流接觸。電流I I從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)（可視為勻回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)（可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與強(qiáng)磁場(chǎng)），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I I成正比。通電的彈體在軌道上成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作

14、用而高速射出。現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來(lái)的原來(lái)的2 2倍，理論上可采用的辦法是（倍，理論上可采用的辦法是（ ）A A只將軌道長(zhǎng)度只將軌道長(zhǎng)度L L變?yōu)樵瓉?lái)的變?yōu)樵瓉?lái)的2 2倍倍B B只將電流只將電流I I增加至原來(lái)的增加至原來(lái)的2 2倍倍C C只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半D D將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，軌道長(zhǎng)度軌道長(zhǎng)度L L變?yōu)樵瓉?lái)的變?yōu)樵瓉?lái)的2 2倍，其它量不變倍，其它量不變STSSTS問(wèn)題：電磁炮問(wèn)題：電磁炮 ILB DB D試一試：制作微型直流電動(dòng)機(jī)模型課后任務(wù)： 1、請(qǐng)你在網(wǎng)上查

15、閱有關(guān)電動(dòng)機(jī)、磁力秤、磁力炮、磁流體推進(jìn)船、電磁泵等物理模型的工作原理。 2、請(qǐng)你收集有關(guān)安培力與實(shí)際生活相關(guān)的題型，并嘗試?yán)梦锢碇R(shí)求解。課堂小結(jié)課堂小結(jié)一、安培力的大小和方向一、安培力的大小和方向 二、求解通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的力學(xué)問(wèn)題的方法二、求解通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的力學(xué)問(wèn)題的方法(1)(1)選定研究對(duì)象；選定研究對(duì)象；(2)(2)變立體圖為平面圖，畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要用變立體圖為平面圖，畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要用 左手定則來(lái)判斷，注意左手定則來(lái)判斷，注意F F安安B B、F F安安I I；(3)(3)根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律、閉合電路歐姆定律列方程式進(jìn)

16、行求解根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律、閉合電路歐姆定律列方程式進(jìn)行求解三三求解關(guān)鍵求解關(guān)鍵(1)(1)電磁問(wèn)題力學(xué)化電磁問(wèn)題力學(xué)化(2)(2)立體圖形平面化立體圖形平面化A導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)B開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒 MN 所受安培力為BELRC開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒 MN 所受安培力為BELsin RD開關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒 MN 的加速度為BELsin mR例6：如圖是“電磁炮”示意圖，MN、PQ為水平導(dǎo)軌，置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，A為炮彈當(dāng)導(dǎo)軌中通以電流I時(shí)，炮彈A將在磁場(chǎng)力的作用下加速運(yùn)動(dòng)，以某一速度發(fā)射出去，下列方法中能夠提高炮彈發(fā)射速度的方法有( )A增加磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大導(dǎo)軌中的電流C增加導(dǎo)軌M

17、N、PQ的長(zhǎng)度D增加載流導(dǎo)體棒L的有效長(zhǎng)度圖826ABC2222AB2CFBILBIFBILvaxxxxmLSSS提高炮彈發(fā)射速度，只有增加安培力，所以根據(jù) ， ，其中 為橫截面積， 為密度解析：判斷正確STS問(wèn)題：自動(dòng)跳閘閘刀問(wèn)題：自動(dòng)跳閘閘刀如圖所示為一種自動(dòng)跳閘的閘刀開關(guān)，如圖所示為一種自動(dòng)跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)動(dòng)軸，是轉(zhuǎn)動(dòng)軸，A是絕緣是絕緣手柄，手柄，C是閘刀卡口，是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、里、B1 T的勻的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，強(qiáng)磁場(chǎng)中，CO間距離為間距離為10 cm，當(dāng)磁，當(dāng)磁場(chǎng)力為場(chǎng)力為0.2 N時(shí)，閘刀開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳開時(shí)，閘刀開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳

18、開則要使閘刀開關(guān)能跳開，則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過(guò)的電流的大小和方向?yàn)橹型ㄟ^(guò)的電流的大小和方向?yàn)?( ) A. A.電流方向電流方向C CO O B B. .電流方向電流方向O OC C C. C.電流大小為電流大小為2 A D. D.電流大小為電流大小為0.5 ABC例例4 4：. .如圖所示如圖所示,PQ,PQ和和MNMN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌, ,相距相距1 m,1 m,導(dǎo)導(dǎo)體棒體棒abab跨放在導(dǎo)軌上跨放在導(dǎo)軌上, ,棒的質(zhì)量為棒的質(zhì)量為m=0.2 kg,m=0.2 kg,棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)滑輪與物體相連滑輪與物體相連, ,物體的質(zhì)量物體的質(zhì)量M=0.3 kg,M=0.3 kg,棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為為=0.5,=0.5,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,B=2 T,方向豎直向下方向豎直向下, ,為了使為了使物體開始獲得加速度物體開始獲得加速度a=3 m/sa=3 m/s2 2加速上升加速上升, ,應(yīng)在棒中通入多大的應(yīng)在棒中通入多大的電流電流? ?方向如何方向如何?(g=10 m/s?(g=10 m/s2 2) )答案答