（江苏专版）2019年高考物理总复习 第36讲 磁场对通电导线的作用力讲义.doc

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1、1第第 3636 讲讲 磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求通电直导线和通电 线圈周围磁场的方 向、安培力、14 年T13计算，考查 导体棒在安培力作 用下的共点力平衡分析综合、数学运算15 年T4选择，考查导 体棒在安培力作用 下的共点力平衡理解、推理知识整合1安培力的大小若 IB 时，F_；若 IB 时，F_. 2安培力的方向 (1)左手定则来判定安培力的方向：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指_，并 且都跟手掌在_，把手放入磁场中，让磁感线_，使伸开的四指指向_ 的方向，那么，_所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向 (2)安培力的

2、方向总垂直于_所决定的平面，即一定垂直于 B 和 I(FB，FI)， 但 B 与 I 不一定垂直 3两平行通电导线间的作用：同向电流相互_，反向电流相互_方法技巧考点 1 安培力 1安培力大小(1)当 IB 时，FBIL.2(2)当 IB 时，F0. 2对安培力公式 FBIL 的理解 (1)公式的适用范围：B 与 L 垂直； (2)L 是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度 L 等于两端 点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿 L 由始端流向末端因此任意形状的闭合 线圈，其有效长度为零，受到安培力的矢量和为零【典型例题 1】 如图所示，一根导线位于磁感应强度大小为

3、 B，方向垂直纸面向里的 匀强磁场中，其中 ABBCCDDEl，且C120、BD150.现给这根导线通 入由 A 至 E 的恒定电流 I，则导线受到磁场作用的合力大小为( )A2BIl B(2)BIl332C(2)BIl D4BIl3【典型例题 2】 如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度天平的右臂下面挂一 个矩形线圈，宽为 L，共 N 匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面当线圈 中通有电流 I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为 m1、m2的砝码时，天平平衡； 当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为 m 的砝码后，天平又重新平衡由此可知( )A磁感应强度方向垂直纸面

4、向里，大小为gm1m2 NILB磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为mg 2NILC磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为gm1m2 NILD磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为mg 2NIL考点 2 通电导线在安培力作用下的平衡 和加速运动的分析方法 1.解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析， 只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力 2画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如 B 的方向、I 的方向等)是画好受力分析图3的关键 3由于安培力 F、电流 I、磁感应强度 B 的方向之间涉及三维空间，所以在受力分析时 要善于把立体图转化成平面图 4处理通电导线在安培力作用下的平衡和加速运

5、动的问题的一般步骤 (1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析 (2)画出受力平面图对于空间的立体问题，应利用视图将立体问题转化为平面问题进 行分析通常是将导线看成点，线圈看成一条边 (3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程 【典型例题 3】 如图所示，两平行金属导轨间的距离 l0.40 m，金属导轨所在的平 面与水平面夹角 37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度 B0.50 T、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 E4.5 V、内阻 r0.50 的直流 电源现把一个质量 m0.040 kg的导体棒 MN 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

6、，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R02.5 ，金属 导轨电阻不计，g 取 10 m/s2.已知sin370.60，cos370.80，求： (1)通过导体棒的电流大小； (2)导体棒受到的安培力大小； (3)导体棒受到的摩擦力1.如图所示，用两根细线将一长 l、质量为 m 的通电直导线悬挂，直导线 垂直纸面且电流向里，大小为 I，加一垂直电流的匀强磁场恰能使细线偏离竖直方向 处 于静止，重力加速度为 g. (1)在图上标出所加磁场方向的范围 (2)确定所加磁场磁感应强度最小值及其方向考点 3 安培力作用下导体运动方向判定的常用方法电流元法分割为电流元左手定则安培力方向整段导体 所受合力方

7、向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流等效为磁针或条形磁铁通电螺线管等效于多个环形电流4结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行 的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相 同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋 势的问题，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，确定磁体所受电流磁场 的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向【典型例题 4】 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的 正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是(从上往下 看)( )A顺时针方向转动，

8、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2.如图所示，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( )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5当堂检测 1.如图所示，直角形导线 abc 通以恒定电流 I，两段导线的长度分别为 3L 和 4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，则导线受到安培力的合 力为( )第 1 题图A3BIL，方向 bcB4BIL，方向 baC7BIL，方向垂直于 ac 连线斜向上D5BI

9、L，方向垂直于 ac 连线斜向上 2如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，棒中 通有向右的电流时两线上拉力大小均为 F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力 大小均为 F2，且 F2F1，则铜棒所受安培力大小为( )第 2 题图AF1F2 BF2F1C2F12F2 D2F1F2 3(多选)如图甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为 L，其间有竖直向下的匀 强磁场，磁感应强度为 B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒从 t0 时刻起，棒上 有如图乙的持续交变电流 I、周期为 T，最大值为 Im，图甲中 I 所示方向为电流正方向则 金属棒( )甲乙 第 3

10、题图A一直向右移动B速度随时间周期性变化C受到的安培力随时间周期性变化D受到的安培力在一个周期内做正功64如图所示，质量为 m、长为 l 的铜棒 ab，用长度也为 l 的两根轻导线水平悬吊在竖 直向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B.未通电时，轻导线静止在竖直方向，通入恒定电流 后，棒向外偏转的最大角度为 ，则( )第 4 题图A棒中电流的方向为 baB棒中电流的大小为mgtan BlC棒中电流的大小为mg（1cos） BlsinD若只增大轻导线的长度，则 角变大 5(15 年江苏高考)如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的 载流线圈匝数相同，边长 MN 相等，将它们分别挂在

11、天平的右臂下方，线圈中通有大小相同 的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )第 5 题图A B7C D8第 36 讲 磁场对通电导线 的作用力知识整合 基础自测 10 BIL 2(1)垂直 同一平面内 垂直穿入手心 电流 大拇指 (2)B、I 3排斥 吸引 方法技巧 典型例题 1C 【解析】 据题图和几何关系求得AE间的距离为：L等(2)l.3据安培力公式得FBIL等(2)BIl，故 A、B、D 错误，C 正确3典型例题 2B 【解析】 因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此 时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里电流反向前，有 m1

12、gm2gm3gNBIL，其中m3为线圈质量电流反向后，有m1gm2gm3gmgNBIL.两式联立可得B.故选 B.mg 2NIL典型例题 3(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N 方向沿斜面向下 【解析】 (1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：I A1.5 A；(2)导体棒所受安培力E R0r4.5 2.50.50FBIl0.51.50.40 N0.30 N； (3)因为mgsin370.24 NBIl0.3 N，所以以导体棒MN为研究对象，画出从N向 M看的受力侧视图，如图由平衡条件得：mgsin37FfBIl 解得：Ff0.06 N，方向沿

13、斜面向下变式训练 1(1)磁场方向在如图 1 所示COD内(图中虚线OD方向不可取) (2)Bminmgsin/Il 方向平行于细线斜向上 【解析】 (1)通电直导线受重力，安 培力以及可能受细线弹力，根据平衡条件，通电直导线受安培力在图 1 所示AOB范围内 (图中虚线OB方向不可取)，与之对应的磁场方向则在图 1 所示COD范围内(图中虚线OD 方向不可取)(2)根据FBIl可得，BF/Il题中I、l为定值，故当安培力最小时磁感 应强度亦最小，此时通电直导线受力如图 2 所示，安培力垂直与悬线，根据平衡条件可得： FminmgsinBminIl即可推导得出Bminmgsin/Il，与之对应

14、的磁场方向则平行于细线 斜向上如图 2 中所示图 1图 2典型例题 4A 【解析】 电流元法如图所示，把直线电流等效为AO、OO、OB 三段(OO段极短)电流元，由于OO段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力 作用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂 直于纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直 于纸面向里综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视)特殊位置法：把导线转过 90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下， 故导线在顺时针转动的同时向下运动综上所述，选项 A 正确 变式训练 2A 【解析】 将条

15、形磁铁左边的通电线圈等效为小磁针，根据安培定 则可知等效小磁针右边是 N 极，左边是 S 极，所以与条形磁铁相互吸引，故线圈向左运动， 选项 A 正确 当堂检测 1D 【解析】 导线受到安培力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可 知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上导线在磁场内有效长度为：5L，故3L24L2该通电导线受到安培力大小为F5BIL，选项 D 正确 2B 【解析】 设铜棒的重力为G，所受安培力的大小为F，则由平衡条件得： 2F1GF当电流反向时，安培力变为竖直向下，此时同样根据铜棒受力平衡有： 2F2GF 由和可得：FF2F1，则 B 正确 3ABC 【解析】 根据左手定

16、则知，导体棒开始所受的安培力方向水平向右，根据FBIL知，安培力在第一个 内做匀加速直线运动，在第二个 内，安培力方向水平向左，T 2T 2大小不变，做匀减速直线运动，根据运动的对称性知，一个周期末速度为零，金属棒的速 度方向未变知金属棒一直向右移动，先向右做匀加速直线运动，再向右做匀减速运动， 速度随时间周期性变化故 A、B 正确；因为电流周期性变化，则安培力也周期性变化故 C 正确；在一个周期内，动能的变化量为零，则安培力在一个周期内做功为零故 D 错 误 4C 【解析】 通入恒定电流后，棒向外偏转，根据左手定则可知，棒中电流的方 向为ab, 故 A 错误；棒向外偏转的最大角度为，此时导体棒不是处于平衡状态，故 B错误；通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度为过程中，运用动能定理有BIl棒lsinmgl(1cos)00，即I，故 C 正确；有 C 选项可知，mg（1cos） Bl棒sin角与轻导线的长度无关，故 D 错误 5A 【解析】 由题意可知，当处于磁场中的导体，受安培力作用的有效长度越大，根 据 FBIL 可知所受的安培力也越大，天平越容易失去平衡，由图可知选项 A 中导体的有效 长度最大，所以 A 正确