1、第2講磁場對電流(dinli)的作用【學(xué)習(xí)(xux)目標(biāo)(mbio)】1. 會用左手定則分析計算電流在磁場中受到的安培力.2. 會分析解決通電導(dǎo)體在安培力作用下的平衡類問題. 【課前導(dǎo)學(xué)】1. 將通電導(dǎo)體置于磁場中，當(dāng)導(dǎo)體與磁場不平行時，磁場對導(dǎo)體有力的作用，稱為安培力.2. 左手定則:伸開左手,讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使，四指指向電流的方向,這時大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向.3. 安培力公式:F=ILBsin ,其中為磁場方向與電流方向之間的夾角.4. 推論：兩平行同向電流相吸引，兩平行異向電流相排斥.【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】安培力大小的計算及其方向的判斷1. 安培力大小(1) 當(dāng)

2、IB時,F=BIL. (2) 當(dāng)IB時,F=0. (3) 當(dāng)I與B夾時，F(xiàn)=ILBsin .2. 安培力方向用左手定則判斷,安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B與I決定的平面.【例題1】 (單選) 現(xiàn)有一段長0.2 m、通過2.5 A電流的直導(dǎo)線,關(guān)于其在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中所受安培力F的情況,下列說法中正確的是(C)A. 如果B=2 T,F一定是1 N B. 如果F=0,B也一定為零C. 如果B=4 T,F有可能是1 N D. 如果F有最大值時,通電導(dǎo)線一定與B平行注意:如圖所示，當(dāng)導(dǎo)線彎曲時,有效長度是導(dǎo)線兩端的直線L.【練習(xí)(linx)1】(單選)如圖所示,一段導(dǎo)線(doxin

3、)abcd彎成半徑(bnjng)為R、圓心角為90的部分扇形形狀,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直.線段ab和cd的長度均為R/2.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示.則導(dǎo)線abcd所受到的安培力大小為多少？方向如何？ 答案 大小為,方向沿紙面向上.安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動情況的判定【例題2】(單選)如圖所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面.當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后,線圈的運(yùn)動情況是(A) A. 線圈向左運(yùn)動B. 線圈向右運(yùn)動C. 從上往下看順時針轉(zhuǎn)動D. 從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動解析 解法一:電流元法.

4、解法二:等效法.【練習(xí)2】(單選)如圖所示,通電直導(dǎo)線ab位于兩平行導(dǎo)線橫截面MN的連線的中垂線上.當(dāng)平行導(dǎo)線通以同向等值電流時,下列說法中正確的是(B)A. ab順時針旋轉(zhuǎn)B. a端向外,b端向里旋轉(zhuǎn) C. ab逆時針旋轉(zhuǎn)D. a端向里,b端向外旋轉(zhuǎn)小結(jié)(xioji)：1. 等效(dn xio)：環(huán)形(hun xn)電流小磁針， 條形磁鐵通電螺線管.2. 同向電流互相吸引,異向電流互相排斥;兩不平行的直線電流相互作用時,有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題1. 解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題,關(guān)鍵是受力分析,只不過比純力學(xué)中的平衡問題要多考慮一個安培力.2. 畫好

5、輔助圖(如斜面),標(biāo)明輔助方向(如B的方向、I的方向等)是畫好受力分析圖的關(guān)鍵.【例題3】如圖所示,兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.40 m,金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角=37,在導(dǎo)軌所在的平面內(nèi),分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場.金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E=4.5 V、內(nèi)阻r=0.50 的直流電源.現(xiàn)把一個質(zhì)量m=0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)體棒恰好靜止.導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好,導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0=2.5 ,金屬導(dǎo)軌電阻不計,取g=10 m/s2.已知sin 37=0.60,cos 37=0.80.求:(1) 通過

6、導(dǎo)體棒的電流. (2) 導(dǎo)體棒受到的安培力大小. (3) 導(dǎo)體棒受到的摩擦力.解析 (1) 根據(jù)閉合電路歐姆定律 I=1.5 A.(2) 導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N.(3) 導(dǎo)體棒受力如圖所示,將重力正交分解有F1=mgsin 37=0.24 N.F1F安,根據(jù)平衡條件 mgsin 37+f=F安.解得f=0.06 N,方向(fngxing)沿導(dǎo)軌平面向下.【練習(xí)(linx)3】 如圖所示,PQ和MN為水平(shupng)、平行放置的金屬導(dǎo)軌,相距L=1 m.PM間接有一個電動勢為E=6 V、內(nèi)阻r=1 的電源和一個滑動變阻器.導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上,棒的質(zhì)量為m=0.2 k

7、g,棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)定滑輪與物體相連,物體的質(zhì)量M=0.3 kg.棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為=0.5,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,方向豎直向下.為使物體保持靜止,求滑動變阻器連入電路的阻值范圍.設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,導(dǎo)軌與棒的電阻不計.(取g=10 m/s2)解析:導(dǎo)體棒受到的最大靜摩擦力為f=FN=mg=0.50.210 N=1 N,繩對導(dǎo)體棒的拉力F拉=Mg=0.310 N=3 N,導(dǎo)體棒將要向左滑動時BImaxL=f+F拉,Imax=2 A.由閉合電路歐姆定律Imax=,得Rmin=2 .導(dǎo)體棒將要向右滑動時f+BIminL=F拉,Imin=1 A.由閉合電路歐姆定律Imin=

8、,得 Rmax=5 .滑動變阻器連入電路的阻值為2 R5 .【隨堂檢測(jin c)】1. (單選)如圖所示,磁場方向豎直(sh zh)向下,通電(tng din)直導(dǎo)線ab由水平位置1繞a點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位置2,通電導(dǎo)線所受安培力是(B)A. 數(shù)值變大,方向不變B. 數(shù)值變小,方向不變C. 數(shù)值不變,方向改變D. 數(shù)值、方向均改變2. (多選)一條形磁鐵放在水平桌面上,它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒,圖中只畫出此棒的截面圖,并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的,在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是(AD)A. 磁鐵對桌面的壓力減小B. 磁鐵對桌面的壓力增大C. 磁鐵受到向右的摩擦力D. 磁

9、鐵受到向左的摩擦力3. 水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌寬度為L,左端接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻).現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab,加一個范圍較大的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與水平面成角,斜向上和ab垂直,如圖所示.問:(1) 當(dāng)棒靜止時,棒受到的支持力和摩擦力各為多少?(2) 若B的大小和方向均能改變,則要使棒所受支持力為零,B的大小至少為多少?此時B的方向如何?10. (1) mg- (2) 水平(shupng)向右【課后作業(yè)(zuy)】1. (多選)根據(jù)磁場對電流(dinli)會產(chǎn)生作用力的原理,人們研制出一種新型的炮彈發(fā)射裝置電磁炮,它的基本原理如圖所示.下列

10、說法中正確的是(BD)A. 要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射,必須通以自N向M的電流B. 要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大電流C. 使電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向同時反向,炮彈的發(fā)射方向亦將隨之反向D. 要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度2. (單選)在等邊三角形的三個頂點(diǎn)a、b、c處,各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示,過c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向(C) A. 與ab邊平行,豎直向上B. 與ab邊平行,豎直向下C. 與ab邊垂直,指向左邊D. 與ab邊垂直(chuzh),指向(zh xin)右邊3. (單選)如圖所示,長方形線框 abcd 通有電流(dinl

11、i)I,放在直線電流I附近,線框與直線電流共面,則下列說法中正確的是 (A)A. 線圈四個邊都受安培力作用,它們的合力方向向左B. 只有ad和bc邊受安培力作用,它們的合力為零C. ab和dc邊所受安培力大小相等,方向相同D. 線圈四個邊都受安培力作用,它們的合力為零4. (多選)如圖所示,金屬棒ab質(zhì)量為m,用兩根相同的輕彈簧吊放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中.彈簧的勁度系數(shù)為k.金屬棒ab中通有恒定電流,并處于平衡狀態(tài),此時彈簧的彈力恰好為零.若電流大小不變而方向相反,則(AC)A. 每根彈簧彈力的大小為mgB. 每根彈簧彈力的大小為2mgC. 彈簧形變量為D. 彈簧形變量為5.(多選)如圖所

12、示,質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O,并處于勻強(qiáng)磁場中.當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I,且導(dǎo)線保持靜止時,懸線與豎直方向夾角為.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能為(BC)A. 沿z正方向,mgtan /ILB. 沿y正方向,mg/ILC. 沿z負(fù)方向, mgtan /ILD. 沿懸線向上(xingshng),mgsin /IL6. 如圖所示,U形平行(pngxng)金屬導(dǎo)軌與水平面成37角,金屬桿ab橫跨(hn ku)放在導(dǎo)軌上,其有效長度為0.5m,質(zhì)量為0.2kg,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.1.空間存在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T的勻強(qiáng)磁場.要使ab桿在導(dǎo)軌上保持靜止,則ab中的電流大小應(yīng)在什么范圍?(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,取g=10m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8)解析 先畫出金屬桿受力的側(cè)面圖,由于安培力的大小與電流有關(guān),因此改變電流的大小,可以改變安培力的大小,也可以使導(dǎo)線所受的摩擦力發(fā)生方向的變化.由平衡條件可知,當(dāng)電流較