磁场对通电导线的作用.docx
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磁场对通电导线的作用
磁场对通电导线的作用
【知识要点】
一.安培力
1、磁场对电流的作用力叫做安培力。
(1)大小计算:
当L∥B时,F=。
当L⊥B时,F=。
(此时安培力最大)
①L是有效长度:
弯曲导线的有效长度
等于两端点所连直线的长度;相应的电流方向,沿L由始端流向未端.
因为任意形状的闭合线圈,其有效长度L=0,所以通电后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和一定为零.
②公式的适用条件:
一般只适用于匀强磁场.若B不是匀强磁场,则L应足够短以至可将L所在处的磁场视为匀强磁场.
(2)安培力的方向:
方向判定:
左手定则。
安培力的方向一定垂直于B和I,即总是垂直于B、I所决定的平面。
(注意:
B和I间可以有任意夹角)
【学法指导】
一.右手螺旋定则(安培定则)与左手定则的区别
右手螺旋定则(安培定则)
左手定则
作用
判断电流的磁场方向
判断电流在磁场中的受力方向
内容
具体情况
直线电流
环形电流或通电螺线管
电流在磁场中
原因
大拇指指向电流的方向
四根手指弯曲方向指向电流的环绕方向
磁感线穿过手掌心
四指指向电流方向
结果
四根手指弯曲方向表示磁感线的方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
大拇指指向电流受到的磁场力的方向
二、判定安培力作用下导体运动方向常用方法有以下四种:
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.从而判断出整段电流所受作用力方向,最后确定运动方向.
例1.如图所示,一个闭合线圈套在条形磁铁靠近N极的一端,当线圈内通以图示方向的电流I时,下列说法中正确的是()
①线圈圆面将有被拉大的倾向 ③线圈将向S极一端平移
②线圈圆面将有被压小的倾向 ④线圈将向N极一端平移
A.①③B.①④C.②③D.②④
答案:
B
例2.如图,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流时,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
答案:
C
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:
环形电流可以等效小磁针,通电螺线管可以等效为条形磁铁,条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管可以等效成多匝的环形电流.
例4.如图所示,水平放置的条形磁铁N极的附近悬挂着一个能自由运动的圆形导线线圈,线圈与条形磁铁处在同一竖直平面内,当线圈中通以图示方向的电流时,从上向下看,线圈将( )
例5.实验表明电流和电流之间也会通过磁场发生相互作用:
两条平行的直导线当通以相同方向的电流时,它们相互吸引;当通以相反方向的电流时,它们相互推斥.试解释之.
例6.两条通电的直导线互相垂直,但两导线相隔一小段距离,其中导线AB是固定的,另一条CD能自由转动.通以图示方向的直流电后,CD导线将()
A.逆时针方向转动,同时靠近导线AB
B.顺时针方向转动,同时靠近导线AB
C.逆时针方向转动,同时远离导线AB
D.顺时针方向转动,同时远离导线AB
答案:
B
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.利用这些结论分析,可以事半功倍.
例7.如图所示,在通电长导线的旁边放一个可以自由移动和转动的矩形通电线圈,线圈和导线在同一平面上,它的a、c两边和导线平行.试讨论一下线圈各边的受力情况.线圈在磁场中将怎样运动?
(远离I方向运动)
【典型例析】
例8.如图1所示,垂直折线abc中通入I的电流。
ab=bc=L,折线所在平面与匀强磁感强度B垂直.abc受安培力等效于ac(通有a→c的电流I)所受安培力,即F1=,方向同样由等效电流ac判定为在纸面内垂直于ac斜向上,同理可以推知:
i如图2所示,半圆形通电导线受安培力F2=
ii如图3所示,闭合的通电导线框受安培力F3=(
;F=BI·2R;F=0。
)
例9、如图所示为一通电直导线,该导线中每米长度内有n个自由电荷,每个自由电荷的电量均为q,它们的定向移动速率均为v,现加一匀强磁场,磁场方向与导线垂直,磁感强度为B,则磁场对这条导线上长度为l一段的安培力大小应是()
A.nqvBlB.nqBl/vC.qBl/nvD.qvBl/n
【基础训练】
1.指出如图所示六种情况中通电导体棒ab所受的各个力的方向与大小.设棒长为l,通电电流为I,磁感强度为B,导体棒光滑.
2.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上,导轨宽度为d,杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ.有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图所示;下图是它的四个侧视图,图中已标出四种可能的匀强磁场方向,其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是()
3.通电矩形导线框abcd与无限长通电导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ab边与MN平行,关于MN的磁场对线框的作用,下列叙述正确的是()
A、线框有两条边所受的安培力方向相同;
B、有两条边所受的安培力大小相同;
C、线框所受安培力的合力向左;
D、线框将以ab边为轴向外转动;
4.如图所示。
一个位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动,线圈的四个边分别与x、y轴平行,线圈中的电流方向如图,当空间加上如下所述的哪种磁场时,线圈会转动起来。
()
A.方向沿x轴正向的恒定磁场
B.方向沿y轴的正向恒定磁场
C.方向沿z轴的正向恒定磁场
D.方向沿z轴的正向变化磁场
5、如图所示,接通电键K的瞬间,用丝线悬挂于一点,可自由转动的通电直导线AB将()
A.A端向上,B端向下,悬线张力不变;B.A端向下,B端向上,悬线张力不变;
C.A端向纸外,B端向纸内,悬线张力变小;D.A端向纸内,B端向纸外,悬线张力变大。
3、答案:
BC,4、答案:
B;5答案:
BC
安培力同步练习
1、在条形磁铁旁边,放一个通有如图所示电流的轻质线圈abcd,则线圈的运动情况是()
A、ab边转向纸外,cd转向纸里,同时靠近N极。
B、ab边转向纸外,cd转向纸里,同时远离N极。
C、ab边转向纸里,cd转向纸外,同时靠近N极。
D、ab边转向纸里,cd转向纸外,同时远离N极。
2.如图所示,两根垂直纸面平行固定放置的直导线M和N,通有同向等值电流,沿纸面与直导线M、N等距放置另一根可自由移动的通电导线ab,则通电导线ab在安培力作用下运动的情况是()
A.沿纸面逆时针转动
B.沿纸面顺时针转动
C.a端转向纸外,b端转向纸里
D.a端转向纸里,b端转向纸外
3.在匀强磁场中放入通有相同电流的三条不同形状的导线,如图所示.每条导线的两个端点间的距离相 等,问所受磁场力最大的导线是()
A.甲线最大B.乙线最大
C.丙线最大D.三条线一样大
4.如图所示,匀强磁场对电流I的作用力为F的相互关系(方向关系),正确的是()
5.如图所示,一根无限长通有电流为I的直导线旁边放一通电矩形线框,其中电流方向见图所示,直导线和线框在同一平面中,则线框受通电直导线的作用将做以下哪种运动()
A.静止不动B.向左平动C.向下平动D.向右平动
6.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线水平吊起通电直导线A。
A与螺线管垂直,如图所示,电键K闭合后,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
7.两条长直导线AB和CD相互垂直,相隔一很小距离,通以如图所示方向的相同电流,其中AB固定,CD可以其中心为轴自由转动并且平动,则CD的运动情况应是()
A.顺时针方向转动,同时靠近导线AB
B.逆时针方向转动,同时离开导线AB
C.顺时针方向转动,同时离开导线AB
D.逆时针方向转动,同时靠近导线AB
8.在图中,PQ,MN为光滑金属导轨,ab为金属棒,与电源组成闭合电路,该装置在竖直平面内。
为使ab静止,可将该装置放在匀强磁场中,其磁场方向应是()
A.竖直向上B.竖直向下C.水平向纸外D.水平向纸内
9.长度为L的直导线通以电流I放在磁感应强度为B的匀强磁场中受到的磁场力为F,则()
A.F一定和L垂直,不一定和B垂直
B.当L⊥B时由公式F=ILB看出F跟B、L、I三者都成正比
C.B一定和F、L都垂直,F和L的夹角可以是任意的
D.只有当L与B垂直时F才和B垂直
10.如图所示,矩形通电线框abcd,可绕其中心轴OO'转动,它处在与OO'轴垂直的匀强磁场中,在磁场力作用下线框开始转动,最后静止在平衡位置,则平衡后()
A.线框四边都不受磁场力作用
B.线框四边都受到指向线框外部的磁场力的作用,但合力为零
C.线框四边都受到指向线框内部的磁场力的作用,但合力为零
D.线框的一边受到指向线框外部的磁场力的作用,另一边受到指向线框内部的磁场力的作用,合力为零()
11.一根有质量的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点.棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,棒中通有电流,方向从M流向N,此时悬线上有拉力.为了使拉力等于零,可()
A.适当减小磁感应强度B.使磁场反向
C.适当增大电流强度D.使电流反向
12.如图,条形磁铁放在水平桌面上,它的正中央上方固定一直导线,导线与磁铁垂直.给导线通以垂直纸面向外的电流,则()
A.磁铁对桌面压力减小,仍不受桌面摩擦力作用
B.磁铁对桌面压力减小,要受到桌面摩擦力作用
C.磁铁对桌面压力增大,仍不受桌面摩擦力作用
D.磁铁对桌面压力增大,要受到桌面摩擦力作用
13.如图所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,有一段折成直角的金属导线abc,ab=bc=L,导线中通有如图的电流,电流强度为I,磁感应强度为B,要使该导线保持静止不动,应在b点加一多大的力,方向如何?
(导线所受重力不计)
14.如图所示,ab,cd为两根相距2m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,通以5A的电流时,棒沿导轨做匀速运动;当棒中电流增加到8A时,棒能获得2m/s2的加速度,求匀强磁场的磁感应强度的大小。
15.如图所示,通电导体棒AC静止于水平导轨上,棒的质量为m长为L,通过的电流强度为I,匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成θ角,求导轨受到AC棒的压力和摩擦力各为多大?
16.如图所示,用细线悬挂在匀强磁场中一段通电导线,悬线与竖直方向成30°角,若该导线通过的电流为0.2A,导线长度为0.1m。
导线质量为0.02kg。
求
(1)导线受到的安培力为多大?
(2)匀强磁场的磁感应强度?
【试题答案】
1.A2.D3.D4.A5.D6.C
7.A8.D9.B10.B11.C12.A
13.
,方向与bc夹角为
斜向上
14.1.2T
15.mg-BILcosθ,BILsinθ
16.略
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