高中物理一轮复习课件：8-1磁场及磁场对通电导线的作用

第1讲磁场对通电导线的作用(2)------安培力问题一：通电导线处在磁场中，导线一定受安培力么？如何放置才能使导线在磁场中受力最大？安培力的方向怎样判定？与那些因素有关？复习目标：1、知道什么是安培力，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。2、掌握安培力的计算公式F=BILsinθ，会用公式解答有关问题。磁场对通电导线的作用力称安培力四、安培力方向---磁场通电导线的作用1、方向：左手定则由左手定则可知：安培力F一定垂直B、I所组成的平面．2、安培力方向特点：【总结】●两同向电流互相吸引，两反向电流互相排斥；●螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势，径向有扩张的趋势两导线间的相互作用力？通电后沿轴线方向和半径方向的力的方向？5、安培力、磁感强度、电流三者方向关系★安培力的方向总垂直于电流和磁感线所确定的平面●已知F和B的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定电流I的方向●已知电流I和B的方向，可用左手定则唯一确定F的方向●已知F和I的方向，磁感强度B的方向不能唯一确定I●F四、安培力---磁场通电导线的作用1、方向：左手定则2、大小当B∥L时当B⊥L时3、适用条件F=BILF=0θ匀强磁场中F=BILsinθ通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图8－1－3所示，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是 (

)．A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力方向向左D．线框所受的安培力的合力方向向右图8－1－36．解析由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反．ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab处的磁场强，cd处的磁场弱，故Fab>Fcd，线框所受合力方向向右．答案

BD

4、安培力的大小特点：★不仅与B、I、L有关，还与放置方式有关，夹角★L是有效长度，不一定是导线实际长度注意：闭合的通电线圈在磁场中的受到的合的磁场力为零如图8－1－6，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc【典例2】图8－1－6＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 (

)．解析

ab、bc、cd所受安培力的大小均为F＝BIL，bc边所受安培力的方向垂直于bc向上，ab、cd边所受安培力的方向如图所示，由几何关系可知ab与cd边所受安培力方向之间的夹答案

A(2011·黄冈质检)如图8－1－7所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架，ab、cd边均与ad边成60°角，ab＝bc＝cd＝L，长度为L的电阻丝电阻为r，框架与一电动势为E，内阻为r的电源相连接，垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场，则框架受到的安培力的合力大小为 (

)．【变式2】图8－1－7答案

C与安培力有关的力学综合问题的求解转换思维法即在物理问题中通过对研究对象、条件、过程等进行合理有效的转换、以达到使问题简化、明朗、形成明确的解题思路的目的．从近三年高考试题可以看出“与安培力有关的通电导体在磁场中的加速或平衡问题”已成为高考的热点，这类问题的求解方法如下：(1)选定研究对象；(2)变三维为二维：画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列方程：根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解．

规律方法【典型题】质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ．有电流时aB恰好在导轨上静止，如图所示，如图所示是沿ba方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是对A图:对B图:对C图:对D图:若F安cosθ=mgsinθ,则f=0.若F安=mg,则N=0,f=0.N≠0,f≠0.F安cosθ-mgsinθ=0F安mgNF安mgmgNfmgNfF安F安AB

(2011·上海单科，18)如图8－1－13所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方图8－1－13【典例】向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为(

)．

【较难题】如图所示,电源电动势E＝2V,r＝0.5Ω,竖直导轨电阻可略,金属棒的质量m＝0.1kg,R=0.5Ω,它与导体轨道的动摩擦因数μ＝0.4,有效长度为0.2m,靠在导轨的外面,为使金属棒不下滑,我们施一与纸面夹角为600且与导线垂直向外的磁场,(g=10m/s2)求：（1)此磁场是斜向上还是斜向下？（2）B的范围是多少？解析:导体棒侧面受力图如图所示由平衡条件得:B最小时摩擦力沿导轨向上,则有μFN＋BILcos300＝mg,FN=BILsin300

解得B＝2.34T当B最大时摩擦力沿导轨向下，则有BILcos300＝mg＋μFN

FN=BILsin300

解得B=3.75TB的范围是2.34T–3.75T

规律方法

规律方法【练习题】在倾角为θ的斜面上,放置一段通有电流强度为I,为L,质量为m的导体棒a,(通电方向垂直纸面向里),如图所示,棒与斜面间动摩擦因数μ<tanθ.欲使导体棒静止在斜面上,应加匀强磁场,磁场应强度B最小值是多少?如果要求导体棒a静止在斜面上且对斜面无压力,则所加匀强磁场磁感应强度又如何?α⊕a解析:(1)设当安培力与斜面成α角时B最小,则由平衡条件得：F安mgsinθ＝μFN＋BILcosα,FN=mgcosθ＋BILsinα．解得

∴当α＋β=900时,（2）当FN=0时,则BIL＝mg,∴BIL=mg,由左手定则知B方向水平向左．【6】安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈共有N匝，它的下部悬在均匀磁场B内，下边一段长为L，它与B垂直。当线圈的导线中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向，这时需要在一臂上加质量为m的砝码，才能使两臂再达到平衡。求磁感应强度B的大小。B=应用判定安培力作用下导体运动情况的常用方法考点三安培力作用下导体运动情况的判定(小专题)NS解题方法：1）选取一小段电流元2）确定该点的磁场3）应用左手定则判断其受力4）确定其运动情况方法2：环形电流等效小磁针或小磁针等效环形电流【重要】最终

同向吸引【典型题】、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将……（）A、顺时针方向转动，同时靠近导线ABB、顺时针方向转动，同时离开导线ABC、逆时针方向转动，同时离开导线ABD、逆时针方向转动，同时靠近导线ABABCDIIA【结论】：两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势例5：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中央上方固定一长直导线，导线与磁铁垂直．给电线通以垂直纸面向外的电流，则A、磁铁对桌面压力增大，要受桌面摩擦力作用B、磁铁对桌面压力增大，不受桌面摩擦力作用C、磁铁对桌面压力减小，要受桌面摩擦力作用D、磁铁对桌面压力减小，不受桌面摩擦力作用I如果导线不在磁铁的中心呢？D如图8－1－8所示，把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动．当导线通过电流I时，如果只考虑安培力的作用，则从上往下看，导线的运动情况是 (

)．A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升【典例3】图8－1－8解析第一步：电流元受力分析法把直线电流等效为OA、OB两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向相反，如图a所示．可见从上往下看时，导线将逆时针方向转动．第二步：特殊位置分析法取导线逆时针转过90°的特殊位置来分析，如图b所示．根据左手定则判断安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动．答案

C(2011·江苏徐州模拟)如图8－1－9所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是【变式3】图8－1－9 (

)．A．线圈向左运动B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动解析法一电流元法．首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看作一直线电流元，取其中上、下两小段分析，其截面图和受安培力情况如右图所示．根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动．只有选项A正确．法二等效法．将环形电流等效成小磁针，如右图所示，据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A.也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”，也可判断出线圈向左运动，选A.答案

A如图8－1－10所示条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用F表示【典例4】图8－1－10磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较 (

)．A．F减小，f＝0 B．F减小，f≠0C．F增大，f＝0 D．F增大，f≠0解析

(转换研究对象法)如图所示，画出一条通电电流为I的导线所在处的磁铁的磁感线，电流I处的磁场方向水平向左，由左手定则知，电流I受安培力方向竖直向上．根据牛顿第三定律可知，电流对磁铁的反作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，而桌面对磁铁无摩擦力作用，故正确选项为C.答案

C一条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图8－1－11中只画出此棒的截面图，并标出此棒中的电流是流向纸【变式4】图8－1－11内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是 (

)．A．磁铁对桌面的压力减小B．磁铁对桌面的压力增大C．磁铁受到向右的摩擦力D．磁铁受到向左的摩擦力解析如图所示，对导体棒，通电后，由左手定则判断出导体棒受到斜向左下的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上，所以在通电的一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力，因此A、D正确．答案

AD如图8－1－12所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁【变式5】图8－1－12铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是 (

)．A．FN1<FN2，弹簧的伸长量减小B．FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小C．FN1>FN