磁场对电流的作用--袁媛

1、同学们，电动机是靠什么力转动的？生活中的电动机生活中的电动机成成 都都 市市 籍籍 田田 中中 学学 袁袁 媛媛-与安培力有关的力学综合问题与安培力有关的力学综合问题 问题：安培力的方向与哪些因素有关？如何判断？问题：安培力的方向与哪些因素有关？如何判断？（1）左手定则：伸开左手，四指左手定则：伸开左手，四指并拢，使大拇指与其余四个手指并拢，使大拇指与其余四个手指 ，并且都跟手掌在同一个平面内；让磁并且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿感线垂直穿过手心，四指指向沿 的方向，则的方向，则 所指的方向所指的方向就是通电导线所受安培力的方向就是通电导线所受安培力的方向(2)安培

2、力的方向特点：安培力的方向特点：FB，F，即，即F垂直于垂直于 决定的平决定的平面面。垂直垂直电流电流B和和I2安培力的大小(1)当磁场与电流时，安培力最大，Fmax。垂直(2)当磁场与电流时，安培力等于零。问题：安培力的大小与哪些因素有关？有什么特点？问题：安培力的大小与哪些因素有关？有什么特点？友情提醒友情提醒：（：（1）公式的适用条件公式的适用条件一般只适用于匀强磁场一般只适用于匀强磁场 （2）B为为L处的磁感应强度处的磁感应强度 （3）L为有效长度，即导线两端的连线在垂直磁为有效长度，即导线两端的连线在垂直磁场方向的投影长度场方向的投影长度 (2010上海物理)如图所示，长为2l的直导

3、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，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 B0.5BIl CBIl D2BIl课前热身课前热身:C 点评：点评：倡导素质教育的大背景下，高考也加倡导素质教育的大背景下，高考也加强了对基础知识的考查在近年的高考中，强了对基础知识的考查在近年的高考中，“磁场对磁场对电流的作用电流的作用”考点频频出现，在近年的高考中考查频考点频频出现，在近年的高考中考查频繁，值得大家进一步的思考，如繁，值得大家进一步的思考，如安培力参与的平衡态安培力参与的平衡态问题、非平衡态问题问题、非

4、平衡态问题等等 安培力有关的力学综合问题安培力有关的力学综合问题 基本方法： 1、把空间立体图形改画为平面截面图是解答此类题目的关键。2、正确判断安培力的方向和正确计算安培力的大小是解决这类问题的基础。 转换对象 立体图 平面图平面图 转换对象 立体图 平面图平面图 【典例典例1】(2012天津卷，天津卷，2)如图所示，金属棒如图所示，金属棒MN两端由等长的两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列如果仅改变下列某一个

5、条件，某一个条件，角的相应变化情况是角的相应变化情况是 () A棒中的电流变大，棒中的电流变大，角变大角变大 B两悬线等长变短，两悬线等长变短，角变小角变小 C金属棒质量变大，金属棒质量变大，角变大角变大 D磁感应强度变大，磁感应强度变大，角变小角变小题型题型1：安培力作用下导体杆的平衡：安培力作用下导体杆的平衡审题指导(1)金属棒MN处于_状态(2)沿MN方向看，画出MN的受力图_(3)利用平衡条件列出平衡方程_.平衡平衡BIlmgtanA斜面上的安培力平衡、极值问题斜面上的安培力平衡、极值问题【例例2】如图如图所示，在倾角所示，在倾角30的的斜面上，固定一金属框，斜面上，固定一金属框，宽宽

6、L0.25 m，接入电动势接入电动势E12 V，内阻不计的电源，内阻不计的电源，垂直垂直框面放有一根质量框面放有一根质量m0.2 kg的金的金属棒属棒ab，它与框架的动摩擦，它与框架的动摩擦因数因数 整个装置放在磁感应强度整个装置放在磁感应强度B0.8 T，垂直框面向，垂直框面向上的匀强磁场中当调节滑动变阻器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，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，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不计，g取取10 m/s2.63思维导图思维导图)cos(sin0sincosmgBELRmgmgLREB得(2)(2)当变阻器当变

7、阻器R R取值较小时，取值较小时，I I较大，安培力较大，安培力F F较大，较大，解析解析(1)(1)当变阻器当变阻器R R取值较大时，取值较大时，I I较小，较小，安培力安培力F F较小，较小，答案答案 1.6 1.6 R R4.8 4.8 )cos(sin0sincosmgBELRmgmgLREB得 反思总结 1求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路2 2求解关键求解关键(1)(1)电磁问题力学化电磁问题力学化(2)(2)立体图形平面化立体图形平面化3、注意安培力方向既跟磁感应强度的方向垂直又和电流方注意安培力方向既跟磁感应强度的方向垂直又和电流方向垂直向垂直例例3如图所示，质量为如图所

8、示，质量为m、长为、长为L的导体棒电阻为的导体棒电阻为R，初始，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻不，内阻不计匀强磁场的磁感应强度为计匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成，其方向与轨道平面成角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则 ()题型题型2安培力与牛顿定律的综合安培力与牛顿定律的综合A导体棒向左运动导体棒向左运动B开关闭合瞬间导体棒开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为所受安培力为C开关闭合瞬间导体棒开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为所受安培力为D开关闭合瞬间导体棒开关闭合瞬间导体棒MN的加

9、速度为的加速度为RBELRBELsinmRBELsinBD易错点：易错点：（1 1）安培力方向判断）安培力方向判断 （2 2）受力分析）受力分析求解关键：求解关键：立体图形平面化立体图形平面化例例4 4：如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O O点点为圆弧的圆心两金属轨道之间的宽度为为圆弧的圆心两金属轨道之间的宽度为0.5 m0.5 m，匀强磁场方向，匀强磁场方向如图，大小为如图，大小为0.5 T0.5 T质量为质量为0.05 kg0.05 kg、长为、长为0.5 m0.5 m的金属细杆置的金属细杆置于金属轨道上的于金属轨道上的M M

10、点当在金属细杆内通以电流强度为点当在金属细杆内通以电流强度为2 A2 A的恒定的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动已知电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动已知MNMNOPOP1 m1 m，则，则 ( ( ) )A金属细杆开始运动的加速度为金属细杆开始运动的加速度为5 m/s2B金属细杆运动到金属细杆运动到P点时的速度大小为点时的速度大小为5 m/sC金属细杆运动到金属细杆运动到P点时的向心加速度大小点时的向心加速度大小10 m/s2D金属细杆运动到金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N安培力做功问题安培力做功问题D点评：点评：

11、 (1)(1)电磁问题力学化电磁问题力学化 (2)(2)立体图形平面化立体图形平面化（3)3)安培力做功将电能转化成其他能，安培力做功将电能转化成其他能，克服安培力做功将其他能转化成电能克服安培力做功将其他能转化成电能 从高考的出题形式上来看，主要体现于把安培力的知识背景与实际物理模型的相互综合，如磁力秤、磁力秤、磁力炮、磁流体推进船、电磁泵等模型磁力炮、磁流体推进船、电磁泵等模型，所以综合性很强，突出考查学生对于磁场类综合问题的构建模型的能力，试题既可以通过选择的形式考查单一的知识点，同时也可以把安培力作用问题与平衡、运动学、能量等多方面的知识进行综合，多以压轴题的形式出现。题型题型3 3：

12、安培力在实际生活中的应用：安培力在实际生活中的应用：STSSTS问题问题 电磁炮是利用安培力推动通电导体平动的例电磁炮是利用安培力推动通电导体平动的例子，它在生产与生活中有极广泛的应用。子，它在生产与生活中有极广泛的应用。 题型题型3 3：安培力在实际生活中的应用：安培力在实际生活中的应用：STSSTS问题问题电磁炮原理图电磁炮原理图 电磁炮是利用安培力推动通电导体平动的例电磁炮是利用安培力推动通电导体平动的例子，它在生产与生活中有极广泛的应用。子，它在生产与生活中有极广泛的应用。 题型题型3 3：安培力在实际生活中的应用：安培力在实际生活中的应用：STSSTS问题问题模拟图：模拟图：立体图立

13、体图平面简化图平面简化图（20112011年高考年高考全国卷新课标版）全国卷新课标版）电磁轨道炮工作原理如图所示。电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流接触。电流I I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与强磁场），磁感应强度的大小与I I成正比。通电的弹体在轨道上成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作

14、用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的原来的2 2倍，理论上可采用的办法是（倍，理论上可采用的办法是（ ）A A只将轨道长度只将轨道长度L L变为原来的变为原来的2 2倍倍B B只将电流只将电流I I增加至原来的增加至原来的2 2倍倍C C只将弹体质量减至原来的一半只将弹体质量减至原来的一半D D将弹体质量减至原来的一半，将弹体质量减至原来的一半，轨道长度轨道长度L L变为原来的变为原来的2 2倍，其它量不变倍，其它量不变STSSTS问题：电磁炮问题：电磁炮 ILB DB D试一试：制作微型直流电动机模型课后任务： 1、请你在网上查

15、阅有关电动机、磁力秤、磁力炮、磁流体推进船、电磁泵等物理模型的工作原理。 2、请你收集有关安培力与实际生活相关的题型，并尝试利用物理知识求解。课堂小结课堂小结一、安培力的大小和方向一、安培力的大小和方向 二、求解通电导体在磁场中的力学问题的方法二、求解通电导体在磁场中的力学问题的方法(1)(1)选定研究对象；选定研究对象；(2)(2)变立体图为平面图，画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用变立体图为平面图，画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用 左手定则来判断，注意左手定则来判断，注意F F安安B B、F F安安I I；(3)(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律、闭合电路欧姆定律列方程式进

16、行求解根据力的平衡条件、牛顿第二定律、闭合电路欧姆定律列方程式进行求解三求解关键三求解关键(1)(1)电磁问题力学化电磁问题力学化(2)(2)立体图形平面化立体图形平面化A导体棒向左运动B开关闭合瞬间导体棒 MN 所受安培力为BELRC开关闭合瞬间导体棒 MN 所受安培力为BELsin RD开关闭合瞬间导体棒 MN 的加速度为BELsin mR例6：如图是“电磁炮”示意图，MN、PQ为水平导轨，置于竖直向上的匀强磁场B中，A为炮弹当导轨中通以电流I时，炮弹A将在磁场力的作用下加速运动，以某一速度发射出去，下列方法中能够提高炮弹发射速度的方法有( )A增加磁感应强度B增大导轨中的电流C增加导轨M

17、N、PQ的长度D增加载流导体棒L的有效长度图826ABC2222AB2CFBILBIFBILvaxxxxmLSSS提高炮弹发射速度，只有增加安培力，所以根据 ， ，其中 为横截面积， 为密度解析：判断正确STS问题：自动跳闸闸刀问题：自动跳闸闸刀如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，是转动轴，A是绝缘是绝缘手柄，手柄，C是闸刀卡口，是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、里、B1 T的匀的匀强磁场中，强磁场中，CO间距离为间距离为10 cm，当磁，当磁场力为场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开时，闸刀开关会自动跳

18、开则要使闸刀开关能跳开，则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为中通过的电流的大小和方向为 ( ) A. A.电流方向电流方向C CO O B B. .电流方向电流方向O OC C C. C.电流大小为电流大小为2 A D. D.电流大小为电流大小为0.5 ABC例例4 4：. .如图所示如图所示,PQ,PQ和和MNMN为水平平行放置的金属导轨为水平平行放置的金属导轨, ,相距相距1 m,1 m,导导体棒体棒abab跨放在导轨上跨放在导轨上, ,棒的质量为棒的质量为m=0.2 kg,m=0.2 kg,棒的中点用细绳经棒的中点用细绳经滑轮与物体相连滑轮与物体相连, ,物体的质量物体的质量M=0.3 kg,M=0.3 kg,棒与导轨的动摩擦因数棒与导轨的动摩擦因数为为=0.5,=0.5,匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度B=2 T,B=2 T,方向竖直向下方向竖直向下, ,为了使为了使物体开始获得加速度物体开始获得加速度a=3 m/sa=3 m/s2 2加速上升加速上升, ,应在棒中通入多大的应在棒中通入多大的电流电流? ?方向如何方向如何?(g=10 m/s?(g=10 m/s2 2) )答案答