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第19讲PART19通电导线在磁场中受到的力知识总览│考点探究知识总览考点探究考点1安培力及其方向©1.安培力(1)定义:磁场对通电导线(电流)的作用力称为安培力.(2)大小:F=BIL(B与I垂直).(3)方向:用左手定则判断.2.左手定则:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流的方向,那么拇指所指的方向就是安培力的方向.条目解析图19-1考点探究例1[2019·温州模拟]如图19-2所示是“探究影响通电导线受力的因素”的实验装置图.实验时,先保持导体棒通电部分的长度不变,改变电流的大小;然后保持电流不变,改变导体棒通电部分的长度,则该实验可获得的直接结论为()A.导体棒中电流越大,导体棒受到的安培力越小B.导体棒受到的安培力大小与电流大小成正比C.导体棒受到的安培力大小与磁感应强度大小成正比D.导体棒通电部分越长,导体棒受到的安培力越大典型例题图19-2考点探究[答案]D[解析]根据F=BIL可知,导体棒中电流越大,导体棒受到的安培力越大,A错误;由实验现象只能定性分析安培力与电流的关系,且无法得知安培力与磁感应强度的关系,B、C错误;题中导体棒放置位置一定,磁感应强度一定,电流一定,所以导体棒通电部分越长,导体棒受到的安培力越大,D正确.考点探究变式[2019·浙江五校联考]在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,紧贴边缘内壁放一个圆环形电极,并把它们与电池的两极相连,然后在玻璃皿中放入导电液体,例如盐水.如果把玻璃皿放在磁场中,如图19-3所示,通过所学的知识可知,当接通电源后,从上往下看()A.液体将顺时针旋转B.液体将逆时针旋转C.若仅调换N、S极位置,则液体旋转方向不变D.若仅调换电源正、负极位置,则液体旋转方向不变图19-3考点探究[答案]B[解析]在电源外部,电流由正极流向负极,因此电流由边缘流向中心;玻璃皿所在处的磁场方向竖直向上,由左手定则可知,从上往下看,导电液体受到的安培力沿逆时针方向,因此液体沿逆时针方向旋转,故A错误,B正确;仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正、负极位置,安培力方向一定改变,C、D错误.考点探究考点2安培力的大小典型例题例2把长L=0.25m的导体棒置于磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁场中,使导体棒和磁场方向垂直,如图19-4所示.若导体棒中的电流I=2.0A,方向向右,则导体棒受到的安培力大小与方向分别为()A.1.0×10-3N,竖直向上B.5.0×10-3N,竖直向上C.5.0×10-3N,竖直向下D.1.0×10-3N,竖直向下图19-4[答案]B[解析]根据安培力公式F=BIL可知,安培力F=5×10-3N,根据左手定则可知,安培力方向竖直向上,B正确.考点探究变式如图19-5所示,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∠abc=∠bcd=135°.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()A.方向沿纸面向上,大小为(+1)BILB.方向沿纸面向上,大小为(-1)BILC.方向沿纸面向下,大小为(+1)BILD.方向沿纸面向下,大小为(-1)BIL图19-5考点探究[答案]A[解析]将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向,根据F=BIL计算出安培力的大小,再求合力.导线所受合力F合=BIL+2BILsin45°=(+1)BIL,方向沿纸面向上.考点探究[要点总结]F=BILsinθ是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特殊情况:(1)当磁场与电流垂直时,安培力最大,Fmax=BIL.(2)当磁场与电流平行时,安培力等于零.考点探究考点3安培力相关的平衡问题典型例题例3[2019·宁波中学期末]如图19-6所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度.它的右臂挂着矩形线圈,匝数为n,线圈的水平边长为l,处于虚线方框内的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B的方向与线圈平面垂直.当线圈中通有如图所示电流I时,调节砝码使天平达到平衡.然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中拿走质量为m的砝码,才能使天平再达到新的平衡.重力加速度为g.由此可知()A.磁场方向垂直于线圈平面向内,磁感应强度B=B.磁场方向垂直于线圈平面向内,磁感应强度B=C.磁场方向垂直于线圈平面向外,磁感应强度B=D.磁场方向垂直于线圈平面向外,磁感应强度B=图19-6考点探究[答案]D[解析]若磁场方向垂直于线圈平面向内,根据左手定则可知,开始时安培力方向向上,然后使电流反向,大小不变,根据左手定则可知,安培力方向向下,这时需要在左盘中加砝码,才能使天平再达到新的平衡,故A、B错误;若磁场方向垂直于线圈平面向外,根据左手定则可知,开始时安培力方向向下,然后使电流反向,大小不变,根据左手定则可知,安培力方向向上,这时需要在左盘中拿走砝码,才能使天平再达到新的平衡,根据平衡条件有mg=2nBIl,解得B=,故C错误,D正确.考点探究变式如图19-7所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,金属棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向的夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件,关于θ角的相应变化情况,说法正确的是()A.当金属棒中的电流变大时,θ角变大B.当两悬线等长变短时,θ角变小C.当金属棒质量变大时,θ角变大D.当磁感应强度变大时,θ角变小图19-7考点探究[答案]A[解析]以金属棒MN为研究对象,根据平衡条件及三角形知识可得tanθ=,所以当金属棒中的电流I、磁感应强度B变大时,θ角变大,选项A正确,选项D错误;当金属棒质量m变大时,θ角变小,选项C错误;θ角的大小与悬线长短无关,选项B错误.考点探究[要点总结](1)安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同,只不过多了安培力,解题的关键是画出受力分析示意图.(2)安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同,关键是做好受力分析,然后根据牛顿第二定律求出加速度.