搜索
磁场对电流的作用要点·疑点·考点课前热身能力·思维·方法延伸·拓展要点·疑点·考点一、安培力1.安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫安培力.【说明】磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力.要点·疑点·考点2.安培力的计算公式：F=BILsin；通电导线与磁场方向垂直时，即=900，此时安培力有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即=00，此时安培力有最小值，Fmin=0N；0°＜＜90°时，安培力F介于0和最大值之间.要点·疑点·考点3.安培力公式的适用条件；①一般只适用于匀强磁场；②导线垂直于磁场；③L为导线的有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端；如图11-2-1所示，几种有学长度；图11-2-1要点·疑点·考点④安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；⑤根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力.【说明】安培力的计算只限于导线与B垂直和平行的两种情况.要点·疑点·考点二、左手定则1.通电导线所受的安培力方向和磁场B的方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定.2.用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.要点·疑点·考点3.安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线方向垂直，即F总是垂直于磁场与导线所决定的平面.但B与I的方向不一定垂直.4.安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系①已知I、B的方向，可惟一确定F的方向；②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；③已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定.课前热身1.下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力的说法，正确的有(AB)A.安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方向垂直B.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力最大，此时导线必与磁场方向垂直C.若导线受到的磁场力为0，导线所在处的磁感应强度必为0D.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流有关课前热身2.一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图11-2-2所示的匀强强场中，此时悬线中的张力大小小于铜棒的重力，欲使悬线中张力变为0，可采用的方法是(AC)图11-2-2课前热身A.保持原磁场不变，适当增大电流且方向不变B.使电流反向，并适当减弱磁场C.电流大小、方向不变，适当增强磁场D.使磁场反向，适当增大电流并反向课前热身3.画出图11-2-3中通电导线棒ab所受的各个力的方向(在方框中画).若导线长为L，通过电流为I，磁感应强度为B，写出安培力的大小(摩擦不计).图11-2-3课前热身4.如图11-2-4所示，给一根松弛的导体线圈中通上电流，线圈将会(A)A.纵向收缩，径向膨胀B.纵向伸长，径向膨胀C.纵向伸长，径向收缩D.纵向收缩，径向收缩能力·思维·方法【例1】关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的有(B)A.电流元IL在磁场中受力为F，则磁感应强度B一定等于F/ILB.电流元IL在磁场中受力为F，则磁感应强度B可能大于或等于F/ILC.磁场中电流元受力大的地方，磁感应强度一定大D.磁场中某点磁感应强度的方向，与电流元在此点的受力方向相同能力·思维·方法【解析】对于B=F/IL来说，该公式仅是定义式，并不是决定式，磁感应强度B的大小和方向是由磁场决定的，与电流的大小和方向，甚至于有无电流均无关.其次它有其适用条件，即在匀强磁场中，电流的方向与磁场垂直时，该公式才适用，在此种情况下，安培力、磁感应强度、电流三者的方向是两两垂直的，且此时安培力F也为定值电流在某匀强磁场中所受的最大值，否则应当以B=F/ILsina来计算.故答案为B项.能力·思维·方法【解题回顾】此类问题的关键并不是安培力的大小和方向的确定，而是对物体的受力分析和运动分析，并结合动力学知识综合考虑，将看似电学的问题转化为力学问题.能力·思维·方法【例2】如图11-2-5(a)，相距20cm的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为a=370，上面放着质量为80g的金属杆ab，整个装置放在B=0.2T的匀强磁场中.(1)若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流.(2)若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流。能力·思维·方法【解析】此类问题的共性是先画出侧视图，并进行受力分析.如图所示11-2-5(b)由平衡条件得(1)F=BIL=mgtanaI=mgtana/BL=15A(2)当磁场垂直斜面向下时F=BIL=mgsinaI=mgsina/BL=12A能力·思维·方法【解题回顾】学生要明确在该题中最后结果并不是很重要，相比而言，此题中的处理问题的方法却是重点，即要先以侧视的方式画出受力图，切记.能力·思维·方法【例3】如图11-2-6所示，在同一水平面上的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为3.6kg，有效长度为2m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增加到8A时，金属棒的加速度为2m/s2，求磁场的磁感强度.能力·思维·方法【解析】在求解加速度问题中首要问题是受力分析并求解合外力，并以图示.本题的宗旨是要求学生对导体进行受力分析并结合牛顿第二定律.能力·思维·方法此题中电流的方向对结果并不影响，可假设，如图所示为其侧面受力图：两种情况受力方向是相同的.初态时有F合=F1-mg=0末态时有F‘合=F2-mg=ma且F1=BI1L、F2=BI2L联立方程解得B=1.2T能力·思维·方法【例4】如图11-2-7所示，把一重力不计的通电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)能力·思维·方法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，同时上升；能力·思维·方法【解析】本题主要用电流元法和特殊位置法，即在N、S上方，均在电流上选取一段微小电流，分析其受力，以确定导线的转动，再将电流转到特殊位置时再确定其平动.【解题回顾】定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动问题：主要方法：(1)电流元法；(2)特殊位置法；(3)等效法；(4)利用结论法；能力·思维·方法【例5】如图11-2-8所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则(A)能力·思维·方法A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用；B.磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用C.磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用能力·思维·方法【解析】本题中，并不急于分析受力，其步骤是先确定电流所在位置的磁场，再分析其受力，这并不难.特殊的是最终要根据相互作用的原理以确定磁体的受力得出最终结果.延伸·拓展【例6】根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图11-2-9所示，把待发射的炮弹(导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通入大电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，试判断图中炮弹的受力方向，如果想提高某种电磁炮的发射速度，理论上可怎么办?图11-2-9延伸·拓展【解析】此题的物理模型实际是通电导体受安培力作用并做功.导体所受安培力大小为F=BIL，方向水平向右，在安培力作用下，导体做匀加速直线运动：用动能定理得：BILs=mv2/2其中s、m、v分别为导轨长度、炮弹弹体质量、炮弹出膛速度.所以v=，即可以通过增强磁场、加大电流、增宽导轨间距、加长导轨长度、减少炮弹体质量来提高炮弹出膛速度.mBILs2延伸·拓展【例7】如图11-2-10所示，两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔d=0.1m，质量为m=3g的金属棒置于轨道一端.匀强磁场B=0.1T，方向竖直向下，轨道平面距地面高度h=0.8m，当接通开关S时，金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出，落地点水平距离s=2m，求接通S瞬间，通过金属棒的电量.图11-2-10延伸·拓展【解析】此题导体运动的过程实际上分为两个，一是加速度过程，此过程中牵涉到安培力的问题；二是平抛运动，该运动学生较为熟悉.而问题的关键在两种运动连结点上的速度，此速度可以说是承上启下.先由平抛运动确定其平抛初速度：h=gt２/2、s=vt解得：v=5m/s而该速度亦为水平加速的末速此后的问题可用动量定理来求解：即：BILt=mv且q=It=mv/BL=1.5C延伸·拓展【解题回顾】对于短时间内的打击或冲击问题是动量定理最应当优先考虑的，而在此题中似乎并无电量问题，但有电流，电流与电量的关系中恰好有时间关系，即要考虑力的时间作用效果，综合上述内容，故考虑用动量定理.