2012屆高考物理第一輪磁場對電流的作用力復習學案

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高三 來源: 高中學習網
【教學要求】
1.會用左手定則確定安培力方向,計算勻強磁場中安培力的大小。
2.知道磁電式電表構造及測電流大小和方向的原理。
【知識再現(xiàn)】
一、安培力:
磁場對電流的 叫安培力.
二、安培力的大小計算
1.當B、I、L兩兩垂直時, .若B與I(L)夾角為θ,則 .
2.公式的適用條件:一般只適用于勻強磁場.
三、安培力的方向判定
用左手定則判定:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指垂直,并且都跟手掌在一個平面內,把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿人手心,并使 指向電流的方向,那么,所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.
議一議:安培力公式F=BIL只適用于勻強磁場嗎?
知識點一安培力的大小與方向
要判斷求解安培力,首先要明確導線所在處的磁場,再根據安培力公式F=BIL求解.
【應用1】如圖所示,平行于紙面水平向右的勻強磁場,磁感應強度 。位于紙面內的細直導線,長L=1m,通有I=1A的恒定電流。當導線與B1成60°夾角時,發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零,則該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應強度B2的可能值為( )
A. B. C. D.
導示: 安培力為零的可能是磁場與導線平行或合磁場為零。如圖為求得磁場最小時的矢量圖,由圖可知另一磁場的最小值為 ,故選BCD。
本題的重點是在求解磁場,并非安培力公式的使用,但要對安培力公式使用條件要熟悉。
知識點二磁電式電表的工作原理
1.磁電式電流表的構造:如圖所示,在一個磁性很強的蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯,鐵芯外面套有一個可以繞軸轉動的鋁框,鋁框上繞有線圈,鋁框的轉軸上裝有兩個螺旋彈簧和?個指針,線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧上,被測電流經過這兩個彈簧流入線圈。
2.磁電式電流表的工作原理:如圖所示,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的磁場。放在其中的通電線圈不論轉到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線框兩邊所受的磁場力始終與線框平面垂直。線圈轉動時,通過轉軸收緊兩根螺旋彈簧。這樣,線圈在通電時除了受到磁力外,還受到彈簧的反抗力,當兩種力的作用效果達到平衡時,線圈停在一定的位置上。線圈的偏轉角度θ與電流I成正比,這樣,在線圈上裝上指針,由于指針偏轉角度跟電流大小成正比,就能根據指針偏轉角度的大小得出電流的數(shù)值。它的優(yōu)點是電流表刻度是均勻的.靈敏度高。
【應用2】矩形線圈abcd放在勻強磁場中,磁場方向沿z軸,磁感應強度B=1.34×10?2T.如圖所示.線圈邊長ad=6cm,ab=8cm,線圈是均勻的,總質量為2.8×10?3kg,此線圈可繞ad邊自由轉動,當線圈靜止在與xOz平面成30°角的位置,則通過線圈的電流的大小為 ,方向為 (g取10m/s2)
導示:設矩形線圈abcd的總質量為m0
方向沿abcda(用左手定則判斷bc邊。
電磁力矩就是安培力的力矩,可用M電=BIScosθ計算,其中S為線圈的面積,θ為勻強磁場B與線圈平面的夾角,該公式不僅僅適用于矩形線圈,對其他形狀的線圈,包括形狀不規(guī)則的線圈都適用.
類型一有關安培力的計算
【例1】水平面上有電阻不計的U形導軌NMPQ,它們之間的寬度為L,M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內阻),F(xiàn)垂直于導軌擱一根質量為m,電阻為R的金屬棒ab,并加一個范圍較大的勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向與水平面夾角為θ且指向右斜上方,如圖所示,問:
(1)當ab棒靜止時,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ab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?
導示:從b向a看視圖如圖所示。
根據左手定則判定磁場方向水平向右。
該題為安培力與力學,電路相聯(lián)系的綜合問題,求解時要注意:①要正確地對通電導體進行受力分析,特別是安培力的方向,牢記安培力的方向既和B垂直又和L垂直。②由于B、I、L的方向關系涉及三維的立體空間,為便于分析,要善于選擇合理的角度,將立體圖轉化為平面圖(俯視圖、剖視圖、側視圖等)。
類型二導線之間的安培力
【例2】如圖所示,兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同,方向相反的電流,a受到的磁場力大小為F1.當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后,a受到的磁場力大小變?yōu)镕2,則此時b受到的磁場力大小變?yōu)?( )
A.F1 B.F1- F2 C.F1+ F2 D.2 F1- F2
導示:根據安培定則和左手定則,可以判定a導線受b中電流形成的磁場的作用力F1,方向向左.同理b受a磁場的作用力大小也是F1,方向向右.新加入的磁場無論什么方向,a、b受到的這個磁場的作用力F總是大小相等方向相反.如果F與F1方向相同,則兩導線受到的力大小都是F1+ F2,若F與F1方向相反,a、b受到的力的大小都是│F- F1│.因此當再加上磁場時若a受的磁場力大小是F2,b受的磁場力大小也是F2,所以A對。故選A。
此題沒有指明外加磁場確切方向,應該立即意識到可能有兩種情況,然后分別進行分析,但這樣終究稍微麻煩些.左手定則中涉及電流、磁場、磁場力三個量的方向.此題中外加磁場一旦確定以后其方向是不變的.但a、b兩電流方向相反,故a、b所受外加磁場的力必定反向,然后再與F1合成就行了.
類型二磁感應強度的測量
要測量一個物理量,首先要確定測量的原理,這里提供的方法是利用安培力的方法來測量的。
【例2】如圖所示是一個可以用來測量磁感應強度的裝置.一長方體絕緣容器內部高為L,厚為d,左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b,上、下兩側裝有電極C(正極)和D(負極),并經開關S與電源連接.容器中注滿能導電的液體,液體的密度為ρ.將容器置于一勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向里,當開關斷開時,豎直管子a、b中的液面高度相同;開關S閉合后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.若閉合開關S后,a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h,電路中電流表的讀數(shù)為I,求磁感應強度B的大。
導示: 開關S閉合后,導電液體中有電流由C流向D,根據左手定則可知導電液體要受到向右的安培力F的作用,在液體中產生附加壓強p,這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差.設液體中產生附加壓強為p,則: 所以磁感應強度月的大小為:
此類問題的特點是題干長,解答簡單.解答時需要認真審題,弄清題目所敘述的物理實質,轉化成熟悉的物理模型來求解.
1.如圖所示,在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導線a、b和c,各導線中的電流大小相同,其中a、c導線中的電流方向垂直紙面向外,b導線電流垂直紙面向內。每根導線都受到另外兩根導線對它的安培力作用,則關于每根導線所受安培力的合力,以下說法正確的是( )
A.導線a所受合力方向水平向右
B.導線c所受合力方向水平向右
C.導線c所受合力方向水平向左
D.導線b所受合力方向水平向左
2 .(07廣東茂名?迹┤鐖D所示,用兩條一樣的彈簧秤吊著一根銅棒,銅棒所在的虛線框范圍內有垂直紙面的勻強磁場,棒中通入自左向右的電流。當棒靜止時,彈簧秤示數(shù)為F1;若將棒中電流反向,當棒靜止時,彈簧秤的示數(shù)為F2,且F2>F1,根據上面所給的信息,可以確定 ( )
A.磁場的方向
B.磁感應強度的大小
C.安培力的大小
D.銅棒的重力
3.(07南京二模)如圖所示,用三條細線懸掛的水平圓形線圈共有n匝,線圈由粗細均勻、單位長度的質量為2.5g的導線繞制而成,三條細線呈對稱分布,穩(wěn)定時線圈平面水平,在線圈正下方放有一個圓柱形條形磁鐵,磁鐵的中軸線OO′垂直于線圈平面且通過其圓心O,測得線圈的導線所在處磁感應強度大小為0.5T,方向與豎直線成30°角,要使三條細線上的張力為零,線圈中通過的電流至少為 ( )
A.0.1A  B.0.2 A
C.0.05A D.0.01A
4.(07海南卷)據報道,最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮,其原理如圖所示。炮彈(可視為長方形導體)置于兩固定的平行導軌之間,并與軌道壁密接。開始時炮彈在導軌的一端,通以電流后炮彈會被磁力加速,最后從位于導軌另一端的出口高速射出。設兩導軌之間的距離 m,導軌長L=5.0m,炮彈質量 。導軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示?梢哉J為,炮彈在軌道內運動時,它所在處磁場的磁感應強度始終為B=2.0T,方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為 ,求通過導軌的電流I。忽略摩擦力與重力的影響。
 
參考答案


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