专题磁场对电流的作用Word文档下载推荐.docx
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②安培力的作用点为磁场中通电导体的__________;
③安培力做功:
做功的结果将_________转化成__________.
3.安培力公式的适用条件:
①公式F=BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况,对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元),但对某些特殊情况仍适用.
9-2.3
如图9-2.3所示,电流I1//I2,如I1在I2处磁场的磁感应强度为B,则I1对I2的安培力F=BI2L,方向向左,同理I2对I1,安培力向右,即同向电流相吸,异向电流相斥.
②根据力的相互作用原理,如果是磁体对通电导体有力的作用,则通电导体对磁体有反作用力.两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律.
4.安培力作用下物体的运动方向的判断
(1)电流元法:
即把整段电流等效为多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断整段电流所受合力方向,最后确定运动方向.
(2)特殊位置法:
把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向,从而确定运动方向.
(3)等效法:
环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁,条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管,通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.
(4)利用结论法:
①两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;
②两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.
(5)转换研究对象法:
因为电流之间,电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律,这样,定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,再确定磁体所受电流作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向.
(6)分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤
①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况
②用左手定则确定各段通电导线所受安培力
③)据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况
(二)、左手定则
1.用左手定则判定安培力方向的方法:
伸开左手,使拇指跟其余的四指________且与手掌都在__________,让磁感线垂直穿过_______,并使四指指向________,这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面_______,____所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.
2.安培力F的方向既与磁场方向________,又与通电导线________,即F跟BI所在的面________.但B与I的方向__________垂直.
3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系
①已知I,B的方向,可惟一确定F的方向;
②已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可惟一确定I的方向;
③已知F,I的方向时,磁感应强度B的方向不能惟一确定.
4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间,所以求解本部分问题时,应具有较好的空间想象力,要善于把立体图画变成易于分析的平面图,即画成俯视图,剖视图,侧视图等.
二、考点知识解读
考点1.安培力的理解
剖析:
1.安培力是磁场对电流的作用力,它与重力、弹力、摩擦力、电场力等一样,是一种性质力.
2.安培力公式说明
(1)B是与L垂直或与L垂直的分量;
(2)L是有效长度,若载流导体是弯曲导线,且导线所在平面与磁感应强度方向垂直,则L指弯曲导线中始端指向末端的直线长度.如图9-2.4所示,半圆形平面通电导体,处于垂直于磁场方向平面内,则导线所受磁场力大小为F=BILAB
(3)B并非一定是匀强磁场,但一定是导线所在处的磁感应强度.
例题1.如图9-2.5,一段导线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
。
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()
A.方向沿纸面向上,大小为
B.方向沿纸面向上,大小为
9-2.5
C.方向沿纸面向下,大小为
D.方向沿纸面向下,大小为
图6
精练1.如图6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( )
A.0B.
C.
D.
精练2.做出下图通电导线的有效长度
精练3.如图所示,一段导线abcd弯成半径为R、圆心角为90°
的部分扇形形状,置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和cd的长度均为R/2.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.则导线abcd所受到的安培力为( ).
A.方向沿纸面向上,大小为
B.方向沿纸面向上,大小为
C.方向沿纸面向下,大小为
D.方向沿纸面向下,大小为
考点2.安培力作用下导体运动的分析方法
(1)电流元法:
(2)特殊位置法:
(3)等效法:
(4)利用结论法:
(5)转换研究对象法:
例题2.如图9-2-7所示,有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方,导线可以自由移动,当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流时,有关直导线运动情况的说法中正确的是(从上往下看)()
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
例题3.把圆形导线圈用细线挂在通电直导线附近,使两者在同一竖直平面内,其中直导线固定,线圈可以自由活动,如图所示圆线圈中通入图示方向的电流时,线圈将()
A.发生转动,同时靠近直导线B.发生转动,同时离开直导线
C.远离直导线D.靠近直导线
例题4.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内,L1是固定的,
L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心),各自的电流方
向如图4所示.下列哪种情况将会发生( )
图4
A.因L2不受磁场力的作用,故L2不动
B.因L2上、下两部分所受的磁场力平衡,故L2不动
C.L2绕轴O按顺时针方向转动
D.L2绕轴O按逆时针方向转动
例题5.如上图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,
当导线中通以图示方向的电流时( )
A.磁铁对桌面的压力增大,且受到向右的摩擦力作用
B.磁铁对桌面的压力减小,且受到向右的摩擦力作用
C.磁铁对桌面的压力增大,且受到向左的摩擦力作用
D.磁铁对桌面的压力减小,且受到向左的摩擦力作用
精练1.(2011·
苏州高三检测)如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A,A与螺线管垂直,A导线中的电流方向垂直纸面向里,开关S闭合,A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是( ).
A.水平向左B.水平向右
C.竖直向下D.竖直向上
例题6.如图所示,一弓形线圈通以逆时针电流,在其圆弧的圆心处,垂直于纸面放一直导线,
当直导线通有指向纸内的电流时,线圈将[
]
A.a端向纸内、b端向纸外转动,且靠近导线
B.a端向纸内、b端向纸外转动,且远离导线
C.b端向纸内、a端向纸外转动,且靠近导线
D.b端向纸内、a端向纸外转动,且远离导线
考点3.安培力做功的特点
1.安培力做功与路径有关,所以绕闭合回路一周,安培力做功可以为正,可以为负,也可以为零,不象重力和电场力做功一定为负.
2.安培力做功的实质:
起传递能量的作用,将电源的能量传递给通电导线,而磁场本身不提供能量.如图9-2-10所示,导体ab在安培力作用下向左运动,安培力做功的结果是将电能转化为导体的动能.
例题7.电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如上图所示,利用这种装置可以把质量为2.0g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6km/s.若这种装置的轨道宽2m,长为100m,通过的电流为10A,则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为_________T,磁场力的最大功率P=_________W(轨道摩擦不计).
精练1.我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器。
电磁弹射系统包括电源、强迫储能装置、导轨和脉冲发生器等等。
其工作原理如图所示,利用与飞机前轮连接的通电导体在两平行金属导轨的强电流产生的磁场中受安培力作用下加速获得动能。
设飞机质量为m=1.8×
104kg,起飞速度为v=70m/s,起飞过程所受平均阻力恒为机重的k=0.2倍,在没有电磁弹射器的情况下,飞机从静止开始起飞距离为l=210m;
在电磁弹射器与飞机发动机(牵引力不变)同时工作的情况下,起飞距离减为l/3。
强迫储能装置提供瞬发能量,方案是利用电容器(电容量C极大)储存电能:
W电=CU2/2,如图是电容器的带电量q与极板间电压U的关系曲线,假设电容器释放全部电能等于安培力做的功,取g=10m/s2,求:
(1)飞机所受牵引力F的大小?
(2)试计算电磁弹射器安培力对飞机所做的功W为多少焦?
(3)电源对电容器充电电压U约为多少伏?
考点4.安培力与力学知识的综合运用
由于左手定则中,F、B、I三者的关系涉及三维空间,解题时要善于从不同的视向把立体图改画为平面图,然后通过受力分析,通电导线的运动分析,即可解决与安培力相结合的静力学、运动学、动力学、功和能等方面的问题.
首先把立体图画成易于分析的平面图,如侧视图、剖视图或俯视图等;
确定导线所在处磁场方向,根据左手定则确定安培力的方向;
结合通电导体、受力分析、运动情况等,根据题目要求,列出方程,解决问题.
例题8.如图所示,通电导体棒ab质量为m、长为L,水平放置在倾角为θ的光滑斜面上,通以图示方向的电流,电流强度为I,要求导体棒ab静止在斜面上.求:
(1)若磁场方向竖直向上,则磁感应强度B为多大?
(2)若要求磁感应强度最小,则磁感应强度如何?
精练1.如图所示,PQ和EF为水平放置的平行金属导轨,间距为l=1.0m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=20g,棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连,物体c的质量M=30g.在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场,磁场方向竖直向上,重力加速度g取10m/s2.若导轨是粗糙的,且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍,若要保持物体c静止不动,应该在棒中通入多大的电流?
电流的方向如何?
精练2.如图8-9所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°
,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源.现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin37°
=0.60,cos37°
=0.80,求:
(1)通过导体棒的电流;
(2)导体棒受到的安培力大小;
(3)导体棒受到的摩擦力.
精练2、解析
(1)根据闭合电路欧姆定律I=
=1.5A.
(2)导体棒受到的安培力F安=BIL=0.30N.
(3)导体棒受力如图,将重力正交分解
F1=mgsin37°
=0.24N
F1<F安,根据平衡条件
mgsin37°
+Ff=F安,解得:
Ff=0.06N.
答案
(1)1.5A
(2)0.30N
(3)0.06N
精练1、解析:
(1)没有电磁弹射器时,由动能定理
(2分)
得
F=2.46×
105(N)
(2分)
也可由牛顿运动定律得出同样给分
(2)电磁弹射器和发动机同时工作时,由动能定理
(3)
由电容器q=cu
(1分)
和q—u图得C=60F
由W电=
=W
得U≈1000V
(1分)
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- 专题 磁场 电流 作用