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2019-2020年高中物理 3.4安培力的應用學案 粵教版選修3-1 1．知道磁電式電流表的基本構造以及運用它測量電流的大小和方向的基本原理． 2．知道直流電動機的基本構造以及它的基本工作原理． 3．知道直流電動機和電流表的內(nèi)部磁場的分布特點． 4．能準確判定線圈各邊所受磁場力的方向 1．電磁炮利用安培力推動通電導體平動的，直流電動機利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動的． 2．直流電動機的優(yōu)點：通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速． 3．電流表是測量電流的電學儀器，實驗時經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表． 判斷通電導線或線圈在安培力作用下的運動方向，一般采用下列幾種方法： (1)電流元分析法． 把長直電流等分為無數(shù)小段直線電流元，先用左手定則判斷出一小段電流元受到的安培力方向，再判斷整段電流所受的安培力合力的方向，從而確定導線的運動方向． (2)特殊位置分析法． 先分析通電導線上的某個特殊位置，判斷其安培力方向，從而確定運動方向． (3)等效分析法． 常把條形磁鐵等效為環(huán)形電流，也可把環(huán)形電流等效為小磁針，以及把通電螺線管等效成多個環(huán)形電流或條形磁鐵． (4)結論分析法． ①兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；②兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢． (5)轉(zhuǎn)換研究對象法：因為電流之間，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁體的磁場中所受到的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向． 　兩條導線相互垂直如圖所示，但相隔一段小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由活動，當直流電流按圖所示方向通入兩條導線時，導線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)(　　) A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導線AB B．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導線AB C．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導線AB D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導線AB 解析：本題可用下面兩種方法解答． (1)電流元受力分析法：把直線電流CD等效為CO、DO兩段電流元，AB電流的磁感線分布如圖所示，用左手定則判定可知導線CD將逆時針轉(zhuǎn)動． (2)特殊值分析法：將導線CD轉(zhuǎn)過90的特殊位置，兩直線電流相互平行，方向相同相互吸引，可見CD將靠近AB，所以導線CD逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時要靠近導線AB.因此正確答案是D. 答案：D ?練習 　如圖所示的彈性線圈AB，當給它通電時下面判斷正確的是(D) A．當電流從A向B通過時線圈長度增加，當電流反向時線圈長度減小 B．當電流從B向A通過時線圈長度增加，當電流反向時線圈長度減小 C．不管電流方向如何，線圈長度都不變 D．不管電流方向如何，線圈長度都減小 解析：本題可用下面兩種方法解答． (1)等效分析法：通電彈性線圈由許多環(huán)形電流組成，把環(huán)形電流等效成條形磁鐵，當電流從A向B通過線圈時條形磁鐵的極性如圖所示，各條形磁鐵相互吸引，即各線環(huán)相互吸引，可見線圈的長度變短，當電流從B向A通過線圈時條形磁鐵的極性與圖所示的相反，各條形磁鐵相互吸引，即各線環(huán)相互吸引，線圈的長度仍然變短，所以D正確． (2)推論分析法：把環(huán)形電流看成無數(shù)小段的直線電流組成，當電流從A向B通過線圈時各線環(huán)的電流方向如圖所示，各電流平行且同向，相互吸引，線圈長度變短，當電流從B向A通過線圈時各線環(huán)的電流方向與圖所示方向相反，但各電流仍平行且同向，相互吸引，線圈長度仍變短，故D正確． 一、單項選擇題 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導線電流方向垂直紙面向內(nèi)．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，以下說法中正確的是(B) 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 解析：首先用安培定則判定導線所在處的磁場方向，要注意是合磁場的方向，然后用左手定則判定導線的受力方向．可以確定B是正確的． 2．在如圖所示電路中，電池均相同，當電鍵S分別置于a、b兩處時，導線MM′與NN′之間的安培力的大小分別為fa、fb，判斷這兩段導線(D) A．fa＞fb，相互吸引 B．fa＞fb，相互排斥 C．fa＜fb，相互吸引 D．fa＜fb，相互排斥 解析：電鍵S分別置于a、b兩處時，電源分別為一節(jié)干電池、兩節(jié)干電池，而電路中燈泡電阻不變，則電路中電流Ia＜Ib，MM′和NN′處的磁感應強度Ba＜Bb，應用安培力公式F＝BIL可知fa＜fb，又MM′和NN′電流方向相反，則相互排斥． 3．如下圖所示，一根通電的直導體棒放在傾斜的粗糙導軌上，且有圖示方向的勻強磁場，處于靜止狀態(tài)，若增大電流強度，導體棒仍靜止，則在電流增大到剛要運動的過程中，導體棒受到摩擦力的大小變化情況可能是(B) A．一直減小 B．先減小后增大 C．先增大后減小 D．始終不變 解析：由左手定則可判定安培力方向沿斜面向上，若開始時摩擦力方向沿斜面向下，則有F安＝mgsin θ＋f，而F安＝BIL，則f＝mgsin θ－F安，I增大，f減??；當f減小到0后，F(xiàn)安＞mgsin θ，f反方向，I增大?f增大． 4．如圖所示，一段導線abcd位于磁感應強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135.流經(jīng)導線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導線段abcd所受磁場的合力(A) A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILB B．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILB C．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILB D．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB 解析：將導線分為三段直導線，根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的大小，根據(jù)F＝BIL計算出安培力的大小，再求合力．導線所受合力F＝BIL＋2BILsin 45＝(＋1)ILB. 二、不定項選擇題 5．一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極一側吊掛一根與它垂直的導電棒，圖中只畫出此棒的截面圖，并標出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是(AD) A．磁鐵對桌面的壓力減小 B．磁鐵對桌面的壓力增大 C．磁鐵受到向右的摩擦力　 D．磁鐵受到向左的摩擦力 解析：如圖所示．導體棒通電后，由左手定則，導體棒受到斜向左下方的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導體棒的作用力應斜向右上方，所以在通電的一瞬間，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確． 6．如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直于紙面向外運動，則(AB) A．將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極 B．將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負極 C．將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負極 D．將b、c端接在電源正極，a、d端接在電源負極 三、非選擇題(按題目要求作答．解答題應寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 7．如圖(a)所示，傾角為α、相距為L的光滑導軌與一穩(wěn)恒電源連接，導軌處于垂直于導軌形成的斜面向上、磁感應強度為B的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m的金屬棒與導軌接觸良好后恰好處于靜止狀態(tài)．圖(b)為金屬棒與斜面的切面圖，重力加速度取g. (1)試在圖(b)中作出金屬棒受力示意圖； (2)計算流過金屬棒的電流． 解析：(1)金屬棒所受的力的示意圖如圖所示： (2)根據(jù)安培力的公式，有：F安＝BIL.① 根據(jù)力的平衡條件，有：F安＝mgsin α. ② ①②兩式聯(lián)立得：I＝. 答案：(1)見解析圖　(2) 8．如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為610－2 kg的通電直導線，電流強度I＝1 A，方向垂直于紙面向外，導線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應強度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中．設t＝0時，B＝0，則需要多長時間，斜面對導線的支持力為零？(g取10 m/s2) 解析：斜面對導線的支持力為零時導線的受力如圖所示 由平衡條件得：FTcos 37＝F，① FTsin 37＝mg，② 由①②解得：F＝， 代入數(shù)值得：F＝0.8 N， 由F＝BIL得：B＝＝ T＝2 T. B與t的變化關系為B＝0.4 t，所以t＝5 s. 答案：5 s 9．如圖，水平放置的光滑的金屬導軌M、N，平行地置于勻強磁場中，間距為d，磁場的磁感強度大小為B，方向與導軌平面夾為α ，金屬棒ab的質(zhì)量為m，放在導軌上且與導軌垂直．電源電動勢為E，定值電阻為R，其余部分電阻不 計．則當電鍵閉合的瞬間，棒ab的加速度為多大？ 解析：畫出導體棒ab受力的截面圖 如圖所示導體棒ab所受安培力：F＝BIL. 由牛頓第二定律得：Fsin α＝ma，導體棒ab中的電流：I＝，得a＝. 答案：