1、2012高三物理复习课件（导与练福建）第8章第二课时 磁场对电流的作用(对应学生用书第 112 页)1知道什么是安培力，安培力的大小和导线与磁场的夹角有关2理解FBIl的意义，能用FBIl求解安培力的大小，用左手定则判断安培力的方向，且能在具体问题中熟练应用3知道磁电式电流表的工作原理(对应学生用书第 112 页)1安培力的大小和方向(1)定义：磁场对电流的作用力称为安培力(2)安培力的大小FBIlsin_.磁场和电流方向垂直时：FBIl.磁场和电流方向平行时：F0.(3)安培力的方向用左手定则判定：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那
2、么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面，但磁感应强度B与电流I不一定垂直B与I垂直时产生的安培力最大2磁电式电流表(1)基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的线圈(2)工作原理磁场特点a方向：沿径向均匀辐射地分布b大小：在距轴线等距离处的磁感应强度大小相等安培力的特点a方向：安培力的方向与线圈平面垂直b大小：安培力的大小与通过的电流成正比表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动，游丝变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，形变就越大，所以指针偏角与通过线圈的电流I成正比
3、，表盘刻度均匀(3)优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很小(对应学生用书第112页)1某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F相互关系的图如图所示，其中正确的是(D)解析：据左手定则可判定：A中安培力方向竖直向下；B中垂直磁场斜向上，C中导线不受安培力，D中方向正确2(2010年南通模拟)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，“”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里开关S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(C)A水平向左 B水平向右C竖直向下 D竖直向上解析：开关闭合后，据安培定
4、则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力方向竖直向下，C项正确3如图，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F，为使F0，可能达到要求的方法是(C)A加水平向右的磁场 B加水平向左的磁场C加垂直纸面向里的磁场 D加垂直纸面向外的磁场解析：据题意，若F0，则须使安培力竖直向上，大小等于导线重力，由左手定则知，磁场方向需垂直纸面向里，故选C.(对应学生用书第 113114 页)左手定则的应用1不变性：不论导线与磁感线的夹角如何，安培力的方向都可以用左手定则判定，只不过当导线与磁感线不垂直时，将磁场分解为沿电流方向和垂直
5、于电流方向，让垂直于电流的分量垂直穿过手心2安培力F、磁感应强度B、电流I三者的方向关系安培力F总要垂直于电流I与磁感应强度B所确定的平面(1)已知B和I的方向，可用左手定则唯一确定F方向；(2)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；(3)已知F和I的方向，磁感应强度B的方向不能唯一确定【例1】水平桌面上放有条形磁铁，磁铁中央正上方吊着的导线与磁铁垂直，导线中通入流向纸内的电流，如图所示，则()A悬线上的拉力没有变化B悬线上的拉力变大C悬线上的拉力变小D条形磁铁对桌面压力变小思路点拨：画出磁铁磁场分布，确定导线所处位置的磁场方向；由左手定则判断安培力的方向解析：由条形磁
6、铁磁感线分布特点可判断导线位置的磁感应强度B的方向水平向左，再由左手定则判断导线受到的安培力竖直向上，所以悬线的拉力减小；由牛顿第三定律得磁铁受到导线的作用力向下，压力变大，C正确答案：C.(1)条形磁铁外部中间位置的磁感应强度方向是水平的；(2)在该处正确使用左手定则判定安培力方向针对训练11：如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()A如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极C无论如何台秤的示数都不可能变化D以上说法都不正确解析：设左端为N极，导线所在位置
7、磁场向右，由左手定则得电流受力向上，由牛顿第三定律可知磁铁受到电流作用力向下，示数增大，所以A正确答案：A.通电导体在安培力作用下运动方向的判定1基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向2常用方法某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况，这时就可以应用特殊位置法【例2】如图所示，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I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方
8、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，同时上升思路点拨：(1)导线的各部分所处磁场方向有何区别？右边向上，左边向下；(2)导线的各部分所受安培力的方向有何区别？右边垂直纸面向外，左边垂直纸面向里；(3)导线转动后，导线所受安培力方向有何变化？安培力具有了竖直向下的分量解析：电流元法：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：用导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判定得安培力方向向下，故导线在顺
9、时针转动的同时向下运动答案：A.(1)解决通电导线在安培力作用下的运动，应首先明确涉及磁场的磁感线分布情况，然后取电流元，由左手定则判定其受力方向，还应特别注意通电导线旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致向下受力；(2)常用方法：电流元法，特殊位置法，等效法等针对训练21：将一个质量很小的金属线圈用细线吊起来，在其附近放一根条形磁铁，磁铁的轴线与线圈在同一个平面内，且通过线圈中心，如图所示，当线圈中通以顺时针方向的电流时，从上往下看()A线圈顺时针转动，靠近磁铁B线圈顺时针转动，远离磁铁C线圈逆时针转动，靠近磁铁D线圈逆时针转动，远离磁铁解析：电流元法：将通电线圈分为左右两个半圆，由左手定则可判
10、断左半圆所受安培力垂直纸面向外，右半圆所受安培力垂直纸面向里，从上往下看，线圈逆时针转动；特殊位置法及等效法，用线圈转过90的特殊位置来分析，可将通电线圈视为小磁针，由安培定则可知线圈右侧相当于小磁针的S极，受到条形磁铁的吸引，所以线圈将靠近磁铁，只有C正确答案：C.安培力综合问题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3依据平衡条件或牛顿第二定律列方程(1)对导线进行受力分析时，注意将三维立体图转变为二维平面图(2)通电导线在磁场中的平衡及加速运动问题的处理方法与纯力学问题一样，无非是有安培力参与作用【例3】(2010年泉州模拟)(14分)如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.
11、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B0.50T、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R02.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，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思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：规范解答：(1)根据闭合电路欧姆定律IER0r1.5
12、A(4 分)(2)导体棒受到的安培力 F 安BIL0.30 N(4 分)(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 N(2 分)F1F 安，根据平衡条件mgsin 37fF 安(2 分)解得 f0.06 N(2 分)答案：(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N变式训练31：若导轨是光滑的，则导体棒恰好静止在导轨上时，磁感应强度B的最小值是多少？方向如何？解析：导轨光滑，没有摩擦力，如图所示，由受力平衡及极值条件可知，F安方向平行斜面向上，由平衡条件知：BminILmgsin Bminmgsin IL0.4 T由左手定则知：B 的方向垂直斜面向上答案：0.4
13、T 垂直于斜面向上(1)求解与安培力有关的平衡问题，关键是画好受力分析图；(2)受力分析时要善于把立体图转化为平面图；(3)画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键考点一：通电导体在安培力作用下运动方向的判定【例1】(基础题)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，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图所示方向的电流后，线圈的运动情况是(A)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：由安培定则，将通电线圈等效为条形磁体应为左S极右N极，再由异名磁极相互吸引可知：线圈向左运动，不出
14、现转动现象选A.答案：A.考点二：通电导体在安培力作用下的平衡问题【例2】(能力题)(2010年泉州模拟)如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导线，当通以电流I时，欲使导线静止在斜面上，外加匀强磁场B的大小和方向可能是()ABmgtan/(IL)，方向垂直斜面向上BBmgsin/(IL)，方向垂直斜面向下CBmgtan/(IL)，方向竖直向上DBmg/(IL)，方向水平向右解析：若 B 方向垂直斜面向上，受力如图(1)，不会平衡，A 错；若 B 方向垂直斜面向下，受力如图(2)，由平衡条件知：BILmgsin Bmgsin/(IL)，B 正确若 B 方向竖直向上
15、，受力如图(3)，不平衡，C 错误；若 B 方向水平向右，受力如图(4)，不平衡，D 错误答案：B.(对应学生用书第 263 页)【测控导航】考点题号1.左手定则1、52.安培力的大小2、4、83.通电导体在安培力下的运动6、74.通电导体在安培力下的平衡问题3、91.一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(D)解析：匀强磁场竖直向上，和导线平行，导线受到安培力为 0，A 错；匀强磁场水平向右，根据左手定则可知导线受到安培力垂直于纸面向里，B
16、错；匀强磁场垂直纸面向外，由左手定则可知导线受到安培力水平向右，C 错、D 对2通电的三角形闭合线框处在与其表面垂直的匀强磁场中，如图所示，则线框所受安培力(A)A为零B方向垂直ab边向外C方向垂直bc边向外D条件不充分，无法求解解析：由于折线段acb的等效长度与线段ab相等，且电流等大反向，因此线段ab受的安培力与折线段acb所受的安培力大小相等，方向相反，合力为零，即线框所受安培力的合力为零，故选项A正确3(2011年杭州市高三一模)如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒当导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场
17、，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，下列关于B的大小变化的说法中，正确的是(A)A逐渐增大B逐渐减小C先减小后增大 D先增大后减小解析：如图所示，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向上时，安培力方向平行斜面向上，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向水平向左时，安培力方向竖直向上当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中，安培力逐渐增大，故磁感应强度B应逐渐增大，选项A正确4通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线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(C
18、)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和方向都相同C线框所受安培力的合力向左D线框所受安培力的合力向右解析：由MN产生的磁场越远离MN其磁感应强度B越小，故ab受安培力比cd大，bc、ad边受安培力大小相等，方向相反，故由左手定则及安培力大小知，C正确5(2009年重庆卷)在如图所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导致MM与NN之间的安培力的大小分别为fa、fb，可判断这两段导线(D)A相互吸引，fafb B相互排斥，fafbC相互吸引，fafb D相互排斥，fafb解析：开关S置于a处时，MM与NN电流反向，由安培定则和左手定则可得两导线相互排斥
19、，当开关置于b处时，电源电动势增大，电路中的电流增大，两导线间的安培力增大，选项D正确6(2010年长沙市模拟)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所示下列哪种情况将会发生(D)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CL2绕轴O沿顺时针方向转动DL2绕轴O沿逆时针方向转动解析：由I1产生磁场的磁感应强度越远离L1越小，将L2分为上下两部分，由左手定则和安培力公式可知，两部分受安培力方向相同，但下部分受力较大，应绕O沿逆时针方向转动7在赤道的正上方，一根直
20、导线中通有从东向西的电流，判断地磁场对它的作用力的方向(B)A向上 B向下 C向南 D向北解析：赤道上地磁场水平方向由南指向北，由左手定则得电流受到的安培力向下，B选项正确8(2009 年全国卷)如图，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abcbcd135.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)A方向沿纸面向上，大小为(21)ILBB方向沿纸面向上，大小为(21)ILBC方向沿纸面向下，大小为(21)ILBD方向沿纸面向下，大小为(21)I
21、LB解析：本题考查安培力的大小与方向的判断该导线可以用 a 和 d 之间的直导线长为(21)L 来等效代替，根据 FBIl，可知大小为(21)BIL，方向可根据左手定则判断得出为沿纸面向上故本题正确选项为 A.9(拓展探究题)质量为m0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数0.4，磁感应强度B2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示，现调节滑动变阻器的滑片，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？(g取10 m/s2)解析：杆 ab 中的电流为由 a 到 b，所受的安培力方向平行于导轨向上当电流较大
22、时，杆有向上运动的趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值 F1，此时通过 ab 的电流最大为 Imax；同理，当电流最小时，应该是杆受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为 F2，电流为 Imin.正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解根据(甲)受力图列式如下：F1mgsin f10，Nmgcos 0f1N，F1BImaxd解上述方程得：Imax0.46 A.根据(乙)受力图列式如下F2f2mgsin 0，Nmgcos 0f2N，F2BImind解上述方程得，Imin0.14 A.故通过 ab 杆的电流范围是 0.14 AI0.46 A.答案：0.14 AI0.46 A