人教版 高中物理学业水平复习：第9章 课时2 磁场对通电导线和运动电荷的作用
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A.推进器对潜艇提供向左的驱动力,大小为4.0×103 N B.推进器对潜艇提供向右的驱动力,大小为4.0×103 N C.推进器对潜艇提供向左的驱动力,大小为3.0×103 N D.推进器对潜艇提供向右的驱动力,大小为3.0×103 N
解析:磁场方向向下,电流方向向里,依据左手定则,则安培力方向向左,根 据安培力公式F=BIL=10.0×1.0×103×0.4 N=4.0×103 N,综上所述, 故A正确,B,C,D错误。 答案:A
典例1 (2018·浙江11月学考)电流天平是一种测量磁场力的装置,如 图所示。两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于 天平托盘上。当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零。下列说法 正确的是( )
A.当天平示数为负时,两线圈电流方向相同 B.当天平示数为正时,两线圈电流方向相同 C.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力 D.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
对点自测2:(2019·浙江6月学考)如图所示,金属细杆垂直放置于间距为 L的水平平行金属导轨上,并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场 中。已知电源电动势为E、内阻为r,金属细杆连入电路的电阻值为R,其 他电阻均不计。则闭合开关瞬间:
(1)细杆所受安培力水平向左还是水平向右? (2)电路中电流I多大? (3)细杆所受安培力F多大?
解析:(1)由左手定则可知,安培力的方向水平向右。 (2)由闭合电路欧姆定律得,电路中的电流 I= E 。
Rr (3)由安培力计算公式 F=ILB 得 F= BLE 。
Rr
答案:(1)水平向右 (2) E (3) BLE
Rr
Rr
考点3 洛伦兹力
1.洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力。 2.洛伦兹力的方向 (1)判定方法——左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并 且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电 荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛 伦兹力的方向。 (2)方向特点:一定是F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的平面。(注意:B 和v可以有任意夹角) 3.洛伦兹力的大小:与磁感应强度B,运动电荷所带电荷量q和运动速度v 有关。
课时2 磁场对通电导线和运动电荷的作用
内容与要求
内容
1.通电导线在磁场中受 到的力
2.运动电荷在磁场中受 到的力
要求 c c
考点与典例
考点1 安培力及其方向
1.安培力:通电导线在磁场中受到的力称为安培力。 2.安培力方向 可用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这 时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 3.安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面。(注意:B 和I可以有任意夹角)
解析:当粒子平行磁场方向在磁场中运动时,粒子不受洛伦兹力作用,选 项C正确。 答案:C
对点自测3:(2019·浙江6月学考)下列关于运动电荷在磁场中所受洛伦 兹力的方向正确的是( A )
解析:根据左手定则,让拇指与其余四指垂直并与手掌在同一个平面内, 磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,或负电荷运动的反 方向,这时拇指所指的方向为运动电荷所受洛伦兹力的方向,选项A正 确。
对点自测1:如图,一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间。开关闭合后 导体棒受到的安培力方向( D )
A.向上 C.向左
B.向下 D.向右
解析:导体棒ab上的电流方向为a→b,根据安培定则,U形铁芯的上臂为 S极,下臂为N极,两臂之间的磁场方向竖直向上,则由左手定则可判知,导 体棒受到的安培力方向向右。
解析:装置的构造模型为两个线圈和一个杠杆,当线圈中通有同向电流 时互相吸引,天平示数为负,故A正确;当通有异向电流时互相排斥,天平 示数为正,故B错误;线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力和线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用 力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,故C错误;线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的 作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力都作用在同一物体上,不是一对相互作 用力,故D错误。 答案:A
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作用 效果
任何情况下都不 做功
只改变电荷运动 的速度方向,不改 变速度大小
可能做正功、负 功,也可能不做功
既可以改变电荷 运动的速度大小, 也可以改变电荷 运动的速度方向
典例3 关于洛伦兹力,下列说法中正确的是( ) A.带电粒子在磁场中运动时,一定受到洛伦兹力的作用 B.带电粒子在磁场中某点所受的洛伦兹力为零,则该点的磁感应强度一定 为零 C.当运动电荷的速度方向与磁场平行时,电荷不受洛伦兹力 D.当运动电荷的速度方向与磁场垂直时,电荷不受洛伦兹力
说明
(1)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。 (2)当B与v方向平行时,运动电荷所受洛伦兹力为0。 (3)洛伦兹力与静电力的比较
性质
产生 条件 大小
洛伦兹力
磁场对运动电荷 的作用
v≠0且v不与B平 行
与B,q,v有关
静电力 电场对电荷的作用E≠0 F=qE 来自q与E相同,做功 情况
典例2 为了降低潜艇噪音可用电磁推进器替代螺旋桨。如图为直线 通道推进器示意图。推进器前后表面导电,上下表面绝缘,规格 为:a×b×c= 0.5 m×0.4 m×0.3 m。空间内存在由超导线圈产生的 匀强磁场,其磁感应强度B=10.0 T,方向竖直向下,若在推进器前后方 向通以电流I=1.0×103 A,方向如图。则下列判断正确的是( )
考点2 安培力的大小
1.磁场和电流垂直时,安培力的大小F=ILB。 2.磁场和电流平行时,安培力的大小F=0。
说明 公式F=ILB中的L是指“有效长度”,对通电直导线,是垂直放入磁场的导 线在磁场中的那段长度;对弯曲导线,当导线所在平面与磁场方向垂直,且 磁场为匀强磁场时,L等于弯曲导线两端点连接线段的长度,如图所示,相 应的电流方向沿线段由始端流向末端。
解析:磁场方向向下,电流方向向里,依据左手定则,则安培力方向向左,根 据安培力公式F=BIL=10.0×1.0×103×0.4 N=4.0×103 N,综上所述, 故A正确,B,C,D错误。 答案:A
典例1 (2018·浙江11月学考)电流天平是一种测量磁场力的装置,如 图所示。两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于 天平托盘上。当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零。下列说法 正确的是( )
A.当天平示数为负时,两线圈电流方向相同 B.当天平示数为正时,两线圈电流方向相同 C.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力 D.线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力
对点自测2:(2019·浙江6月学考)如图所示,金属细杆垂直放置于间距为 L的水平平行金属导轨上,并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场 中。已知电源电动势为E、内阻为r,金属细杆连入电路的电阻值为R,其 他电阻均不计。则闭合开关瞬间:
(1)细杆所受安培力水平向左还是水平向右? (2)电路中电流I多大? (3)细杆所受安培力F多大?
解析:(1)由左手定则可知,安培力的方向水平向右。 (2)由闭合电路欧姆定律得,电路中的电流 I= E 。
Rr (3)由安培力计算公式 F=ILB 得 F= BLE 。
Rr
答案:(1)水平向右 (2) E (3) BLE
Rr
Rr
考点3 洛伦兹力
1.洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力。 2.洛伦兹力的方向 (1)判定方法——左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并 且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电 荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛 伦兹力的方向。 (2)方向特点:一定是F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的平面。(注意:B 和v可以有任意夹角) 3.洛伦兹力的大小:与磁感应强度B,运动电荷所带电荷量q和运动速度v 有关。
课时2 磁场对通电导线和运动电荷的作用
内容与要求
内容
1.通电导线在磁场中受 到的力
2.运动电荷在磁场中受 到的力
要求 c c
考点与典例
考点1 安培力及其方向
1.安培力:通电导线在磁场中受到的力称为安培力。 2.安培力方向 可用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这 时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 3.安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面。(注意:B 和I可以有任意夹角)
解析:当粒子平行磁场方向在磁场中运动时,粒子不受洛伦兹力作用,选 项C正确。 答案:C
对点自测3:(2019·浙江6月学考)下列关于运动电荷在磁场中所受洛伦 兹力的方向正确的是( A )
解析:根据左手定则,让拇指与其余四指垂直并与手掌在同一个平面内, 磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,或负电荷运动的反 方向,这时拇指所指的方向为运动电荷所受洛伦兹力的方向,选项A正 确。
对点自测1:如图,一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间。开关闭合后 导体棒受到的安培力方向( D )
A.向上 C.向左
B.向下 D.向右
解析:导体棒ab上的电流方向为a→b,根据安培定则,U形铁芯的上臂为 S极,下臂为N极,两臂之间的磁场方向竖直向上,则由左手定则可判知,导 体棒受到的安培力方向向右。
解析:装置的构造模型为两个线圈和一个杠杆,当线圈中通有同向电流 时互相吸引,天平示数为负,故A正确;当通有异向电流时互相排斥,天平 示数为正,故B错误;线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力和线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用 力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,故C错误;线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的 作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力都作用在同一物体上,不是一对相互作 用力,故D错误。 答案:A
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作用 效果
任何情况下都不 做功
只改变电荷运动 的速度方向,不改 变速度大小
可能做正功、负 功,也可能不做功
既可以改变电荷 运动的速度大小, 也可以改变电荷 运动的速度方向
典例3 关于洛伦兹力,下列说法中正确的是( ) A.带电粒子在磁场中运动时,一定受到洛伦兹力的作用 B.带电粒子在磁场中某点所受的洛伦兹力为零,则该点的磁感应强度一定 为零 C.当运动电荷的速度方向与磁场平行时,电荷不受洛伦兹力 D.当运动电荷的速度方向与磁场垂直时,电荷不受洛伦兹力
说明
(1)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。 (2)当B与v方向平行时,运动电荷所受洛伦兹力为0。 (3)洛伦兹力与静电力的比较
性质
产生 条件 大小
洛伦兹力
磁场对运动电荷 的作用
v≠0且v不与B平 行
与B,q,v有关
静电力 电场对电荷的作用E≠0 F=qE 来自q与E相同,做功 情况
典例2 为了降低潜艇噪音可用电磁推进器替代螺旋桨。如图为直线 通道推进器示意图。推进器前后表面导电,上下表面绝缘,规格 为:a×b×c= 0.5 m×0.4 m×0.3 m。空间内存在由超导线圈产生的 匀强磁场,其磁感应强度B=10.0 T,方向竖直向下,若在推进器前后方 向通以电流I=1.0×103 A,方向如图。则下列判断正确的是( )
考点2 安培力的大小
1.磁场和电流垂直时,安培力的大小F=ILB。 2.磁场和电流平行时,安培力的大小F=0。
说明 公式F=ILB中的L是指“有效长度”,对通电直导线,是垂直放入磁场的导 线在磁场中的那段长度;对弯曲导线,当导线所在平面与磁场方向垂直,且 磁场为匀强磁场时,L等于弯曲导线两端点连接线段的长度,如图所示,相 应的电流方向沿线段由始端流向末端。