第5章 微型专题4.docx

微型专题4安培力的应用[目标定位]1.会用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向.2.会分析导体在安培力作用下的平衡问题.3.会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度．一、安培力作用下导体运动方向的判断方法1．电流元法即把整段通电导体等效为多段直线电流元运用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向从而判断出整段通电导体所受合力的方向．2．特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向从而确定运动方向．3．等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁．条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管．通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．4．利用结论法(1)两通电直导体相互平行时无转动趋势同向电流相互吸引反向电流相互排斥；(2)两通电直导体不平行时有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．5．转换研究对象法因为通电导体之间、通电导体与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律定性分析磁体在通电导体产生的磁场中的受力和运动时可先分析通电导体在磁体的磁场中受到的安培力然后由牛顿第三定律再确定磁体所受通电导体的作用力．例1如图1所示把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方导线可以在空间自由运动当导线通以图示方向电流I时导线的运动情况是(从上往下看)()图1A．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答案C解析如图所示将导线AB分成左、右两部分；左端一段所在处的磁场方向斜向上根据左手定则知其受力方向向外；右端一段所在处的磁场方向斜向下受力方向向里．当转过90°角时由左手定则可知导线中间段受力方向向下所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动一边向下运动C选项正确．判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体对通电导体的作用都是通过磁场来实现的因此此类问题可按下面步骤进行分析：1．确定导体所在位置的磁场分布情况．2．结合左手定则判断导体所受安培力的方向．3．由导体的受力情况判定导体的运动方向．针对训练1直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离直导线固定线圈可以自由运动．当通过如图2所示的电流时(同时通电)从左向右看线圈将()图2A．顺时针转动同时靠近直导线ABB．顺时针转动同时离开直导线ABC．逆时针转动同时靠近直导线ABD．不动答案C解析由安培定则判断出AB导线右侧的磁场向里因此圆线圈内侧受力向下、外侧受力向上从左向右看应逆时针方向转动当转到与AB共面时AB与环左侧互相吸引与环右侧互相排斥由于左侧离AB较近则引力大于斥力所以环靠近导线AB故选项C正确．二、安培力作用下导体的平衡1．解题步骤(1)明确研究对象；(2)先把立体图改画成平面图并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上；(3)正确受力分析(包括安培力)然后根据平衡条件：F合＝0列方程求解．2．分析求解安培力时需要注意的问题(1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向再根据左手定则判断安培力方向；(2)安培力大小与导体放置的角度有关但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况其中L为导体垂直于磁场方向的长度为有效长度．例2如图3所示在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源在相距1m的平行导轨上垂直导轨放一质量为0.3kg的金属棒abab中有由b→a、I＝3A的电流磁场方向竖直向上这时金属棒恰好静止．求：(g＝10m/s2)图3(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨的压力．答案(1)eq\r(3)T(2)6N方向垂直导轨向下解析(1)ab棒静止受力情况如图所示沿导轨方向受力平衡则mgsin60°＝Fcos60°又F＝BIL解得：B＝eq\f(mgtan60°IL)＝eq\f(0.3×10×\r(3)3×1)T＝eq\r(3)T.(2)根据牛顿第三定律得ab棒对导轨的压力为：N′＝N＝eq\f(mgcos60°)＝eq\f(0.3×10\f(12))N＝6N方向垂直导轨向下．针对训练2如图4所示金属棒MN两端由等长的轻质绝缘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夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件θ角的相应变化情况是()图4A．金属棒中的电流变大θ角变大B．两悬线等长变短θ角变小C．金属棒质量变大θ角变大D．磁感应强度变大θ角变小答案A解析选金属棒MN为研究对象其受力情况如图所示．根据平衡条件及三角形知识可得tanθ＝eq\f(BILmg)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．