磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力01

磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力大課課件38

1.安培力的大小:

F=BIL

(B⊥IL)

說明:(1)L是導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度

(2)B一定是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一定是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度值.

2.安培力的方向——左手定則

注意：F一定垂直I、B；

I、B可以垂直可以不垂直。BIF例1.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(chǎng)中,且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直.線段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng),且∠abc=∠bcd=135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示.導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力 ( ) A.方向沿紙面向上,大小為(+1)ILB B.方向沿紙面向上,大小為(-1)ILB C.方向沿紙面向下,大小為(+1)ILB D.方向沿紙面向下,大小為(-1)ILB答案

A練習(xí)1：如圖，水平放置的光滑金屬導(dǎo)軌M、N，平行地置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，間距為d，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面夾角為α，金屬棒a、b的質(zhì)量為m，放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直，電源電動(dòng)勢(shì)為E，定值電阻為R，其余電阻不計(jì)，則當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，棒a、b受到的安培力的大小為多少？方向怎樣？棒的加速度大小為多少？SEBaMNabR練習(xí)2.如圖所示，一位于xy平面內(nèi)的矩形通電線框只能繞ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的4個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來：

A.方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)

B.方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)

C.方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)

D.方向沿x軸的反方向的

恒定磁場(chǎng)B題型1通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)方向的判斷

例1如圖所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面.當(dāng)線圈內(nèi)通以如圖方向的電流后,線圈的運(yùn)動(dòng)情況是（ ）

A.線圈向左運(yùn)動(dòng)

B.線圈向右運(yùn)動(dòng)

C.從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

D.從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)典型題例解法一

電流元法.首先將圓形線圈分成很多小段,每一段可看做一直線電流,取其中上、下兩小段分析,其截面圖和受安培力情況如右圖所示.根據(jù)對(duì)稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運(yùn)動(dòng).只有選項(xiàng)A正確.解法二

等效法.將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵,如下圖所示,據(jù)異名磁極相吸引知,線圈將向左運(yùn)動(dòng),選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流,根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引,異向電流相排斥”.也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng),選A.答案

A方法提煉判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向: 清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況,然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動(dòng).往往采用以下幾種方法:電流元法把整段導(dǎo)線分為多段直電流元,先用左手定則判斷每段電流元受力的方向,然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向,從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針,通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流,反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置,然后判斷其所受安培力的方向,從而確定其運(yùn)動(dòng)方向推論法兩平行直線電流在相互作用過程中,無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流互相吸引,反向電流互相排斥;兩不平行的直線電流相互作用時(shí),有轉(zhuǎn)動(dòng)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題,可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場(chǎng)的反作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向電流元分析法：如圖所示，把一重力不計(jì)的通電導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)()

A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降；B.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升；C.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降；D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升；A

如圖所示，原來靜止的圓形線圈通以逆時(shí)針方向的電流I，在其直徑AB上靠近B點(diǎn)放一根垂直于線圈平面的固定不動(dòng)的長(zhǎng)直導(dǎo)線I′，電流方向如圖中所示，在磁場(chǎng)作用下圓線圈將（）

A．向左平動(dòng)；

B．向右平動(dòng)；

C．以直徑AB為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并向左運(yùn)動(dòng)。

D．靜止不動(dòng)．C

一根通有電流為I1的長(zhǎng)直導(dǎo)線OO'豎直放置，另有一矩形導(dǎo)線框abcd的平面放在豎直平面內(nèi)，通有如圖所示的電流I2，OO'到abcd平面的距離為4r，邊長(zhǎng)ab=cd=5r，ad=bc=6r，且ab和cd兩邊所在處的磁感強(qiáng)度大小均為B（由I1產(chǎn)生）。求ab和cd所受安培力的大小，并說明方向。需要畫俯視圖Fab=B?5rI2=5BrI2，方向沿oa向外背離OO'；Fcd=B?5rI2=5BrI2,方向沿do向里指向OO'。題型2安培力與力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用例2如圖所示,在傾角θ=30°

的斜面上,固定一金屬框,寬L =0.25m,接入電動(dòng)勢(shì)E=12V,

內(nèi)阻不計(jì)的電源,垂直框面放 有一根質(zhì)量m=0.2kg的金屬 棒ab,它與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,

整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T,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R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),g取10m/s2.思維導(dǎo)圖解析（1）當(dāng)變阻器R取值較大時(shí),I較小,安培力F較小,在金屬棒重力分力mgsinθ作用下,使棒有沿框架下滑趨勢(shì),框架對(duì)棒的摩擦力F1沿框面向上,如右圖所示.金屬棒剛好不下滑時(shí)滿足平衡條件.BL+μmgcosθ-mgsinθ=0得R==

Ω=4.8Ω（2）當(dāng)變阻器R取值較小時(shí),I較大,安培力F較大,會(huì)使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑趨勢(shì).因此,框架對(duì)棒的摩擦力F2沿框面向下,如右圖所示.金屬棒剛好不上滑時(shí)滿足平衡條件.BL-μmgcosθ-mgsinθ=0得R== Ω=1.6Ω所以滑動(dòng)變阻器R的取值范圍為1.6Ω≤R≤4.8Ω.答案1.6Ω≤R≤4.8Ω題型3“導(dǎo)體棒”模型例3：如圖所示是一個(gè) 可以用來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度 的裝置,一長(zhǎng)方體絕緣容器 內(nèi)部高為L(zhǎng),厚為d,左右兩管 等高處裝有兩根完全相同 的開口向上的管子a、b,上、 下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負(fù)極）,并經(jīng)開關(guān)S與電源連接.容器中注滿能導(dǎo)電的液體,液體的密度為ρ.將容器置于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),豎直管子a、b中

的液面高度相同;開關(guān)S閉合后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.若閉合開關(guān)S后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h,電路中電流表的讀數(shù)為I,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.解析

開關(guān)S閉合后,導(dǎo)電液體中有電流由C流向D,根據(jù)左手定則可知導(dǎo)電液體要受到向右的安培力F的作用,在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)p,這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.設(shè)液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)為p,則:p= ①p=ρgh ②F=BIL ③S=Ld ④所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B= ⑤答案例4：如圖所示,半徑為R的絕緣輕質(zhì)細(xì)圓環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的正電荷,將環(huán)垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,若環(huán)能承受的最大拉力為F,問環(huán)至少以多大的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)可將圓環(huán)拉斷?解析設(shè)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度為ω,則圓環(huán)電荷隨圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)形成的電流為I= 取半圓為研究對(duì)象,受力如圖所示F安=BIL=B ·2R= 當(dāng)F安=2F時(shí)環(huán)可被拉斷,則 =2F 則有ω= 答案

鞏固練習(xí)：一圓形線圈，半徑為r，通以電流強(qiáng)度為I的電流，放在光滑水平面上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向下，如圖所示（俯視圖），則線圈截面上張力大小為：（）

A．2BIrB．0.5BIr

C．BIrD．不能求解C例5.如圖所示,有兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)、 質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)體棒a、b,a

被水平放置在傾角為45°的 光滑斜面上,b被水平固定在 與a在同一水平面的另一位置,

且a、b平行,它們之間的距離為x.當(dāng)兩細(xì)棒中均通以電流強(qiáng)度為I的同向電流時(shí),a恰能在斜面上保持靜止,則b的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法錯(cuò)誤的是 （）A.方向向上 B.大小為C.若使b下移,a將不能保持靜止D.要使a仍能保持靜止,而減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,可使b上移

解析

由安培定則可知A正確.由mgsinα=BIL cosα知B=

,B錯(cuò)誤.若要使B最小,

B應(yīng)在平行斜面向上的方向上,所以C、D正確.

答案

B例:如圖所示,兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m,質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.1T,方向豎直向下,軌道平面距地面高度h=0.8m,當(dāng)接通開關(guān)S時(shí),金屬棒由于受磁場(chǎng)力作用而被水平拋出,落地點(diǎn)水平距離s