高中物理第5章磁场与回旋加速器 5_4 探究安培力学业分层测评沪科版选修3-1

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高中物理第5章磁场与回旋加速器 5.4 探究安培力学案沪科版选修3-1

5.4 探究安培力物理学上把磁场对电流的作用力叫安培力。

(1)用左手定则判断安培力的方向：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电导线在磁场中的受力方向。

(2)安培力的大小：研究表明，在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，通电导线所受的安培力最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度L 的乘积，F＝ILB 。

(3)当B 与I 成θ角时，F ＝BIL sin θ，θ是B 与I 的夹角。

预习交流当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向怎样确定？答案：当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判定安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心。

一、安培力的方向(1)安培力的方向与什么因素有关呢？(2)当磁场与电流方向不垂直时，安培力的方向与磁场与电流方向的关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感线有何要求？答案：(1)安培力的方向跟电流方向、磁场方向有关。

(2)安培力的方向垂直于由磁场B与电流I决定的平面，这时使用左手定则只要求磁感线穿过手心即可。

如图所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向。

C、D图已知磁场方向及其他对电流作用力的方向，试判断电流方向，并在图中标出。

答案：见解析解析：由左手定则判断：A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里。

安培力的方向既与电流的方向垂直，又与磁场方向垂直。

如果电流的方向与磁场的方向也互相垂直，那么这三个方向两两垂直。

故在研究安培力的方向时要涉及三维的立体空间。

二、通电螺线管受力判断如图所示，把轻质导线圈用细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面。

当线圈内通过如图所示方向的电流时，线圈将怎样运动？答案：线圈向着磁铁运动。

高中物理第五章磁场与回旋加速器5.4探究安培力沪科31

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?
12/10/2021
(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?
点拨:为准确方便地画出受力图示,应将原题中的立体图改画成侧视图。
由左手定则可判知安培力方向。
第十七页，共三十一页。
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(tànjiū)
一
新知导学
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重难探究
HONGNAN TANJIU
探究
(tànjiū)
二
解析:(1)当磁场方向竖直向下时,受力分析如图甲所示,由平衡条件得
FB=BI1L=mgtanα
tan
I1= =15A。
甲
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探究
(tànjiū)
二
再根据导线转过 90°时的特殊位置判断其上下运动情况。如图乙所示,
导线 AB 此时受安培力方向竖直向下,导线将向下运动。
由上述两个特殊位置的判断可知,当导线在题中所给状态时,所受安培
力使 AB 逆时针转动的同时还要向下运动。
答案:D
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第十页，共三十一页。
D
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方法二:利用结论法。环形电流 L1、L2 之间不平行,则必有相对转动,直
到两环形电流同向平行为止,据此可得 L1 的转动方向应是从左向右看顺时
针转动。
答案:B
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第十三页，共三十一页。
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高中物理第5章磁场与回旋加速器5_3探讨电流周围的磁场学业分层测评沪科版选修3-1

探讨电流周围的磁场(建议历时：45分钟)[学业达标]1. (2016·临汾高二检测)如图535所示，把一条导线平行地放在磁针的上方周围，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．发现这个实验现象的物理学家是( )图535A．牛顿B．爱因斯坦C．奥斯特D．居里夫人【解析】发现电流能使小磁针偏转的物理学家是奥斯特．故C正确．【答案】 C2．(多选)通有恒定电流的长直螺线管，下列说法中正确的是( )A．该螺线管内部是匀强磁场B．该螺线管外部是匀强磁场C．放在螺线管内部的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极D．放在螺线管外部中点处的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极【解析】长直螺线管内部中间部份是匀强磁场，在磁场中小磁针的N极指向就是该处磁场的方向．【答案】AC3. (2016·内江高二检测)如图536所示为一通电螺线管，a、b、c是通电螺线管内、外的三点，则三点中磁感线最密处为( )图536A．a处B．b处C．c处D．无法判断【解析】通电螺线管的磁场类似于条形磁铁的磁场，内部最强，两头外侧稍弱，外部的中间部份最弱．【答案】 A4．闭合开关S后，小磁针静止时N极指向如图537所示，那么图中电源的正极( )图537A．必然在a端B．一定在b端C．在a端或b端都可D．无法确定【解析】磁铁外面的磁感线散布与通电螺线管相似，由安培定则即可判断电源的正极在a端．【答案】 A5．直线电流周围的磁场，其磁感线散布和方向用下列哪个图来表示最适合( )【解析】由安培定则可判断A、C错误；直线电流周围的磁感线的散布，由近及远，由密逐渐变疏，而不是等距的同心圆，B错误，D正确．【答案】 D6.如图538所示为磁场作使劲演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时( )【导学号：】图538A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动【解析】由安培定则可判断小磁针所在处电流的磁场方向向里，而小磁针N极的受力方向与磁场方向相同，故小磁针N极向里转，S极向外转，故选A.【答案】 A7.如图539所示，两根长直通电导线彼此平行，电流方向相同．它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处，且A、B两点处于同一水平面上．两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度的大小和方向是( )图539A．B竖直向上B．B水平向右B水平向右B竖直向上【解析】由安培定则可判断出A和B在C处的磁场别离垂直于AC和BC连线，如图所示．由矢量叠加原理可求出C处磁场的总磁感应强度的大小为3B，方向水平向右．【答案】 C8．在图5310中，别离给出了其中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向，请画出对应的磁感线(标上方向)或电流的方向．图5310【解析】按照安培定则，各图中电流方向和磁感线方向判定如图所示．【答案】观点析[能力提升]9.如图5311所示，将通电线圈悬挂在磁铁N极周围，磁铁处于水平位置并和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线通过线圈圆心，线圈将( )图5311A．转动同时靠近磁铁B．转动同时离开磁铁C．不转动，只靠近磁铁D．不转动，只离开磁铁【解析】把环形电流等效成一个小磁针，由安培定则知，此小磁针的N极向里S极向外．条形磁铁的N极吸引小磁针的S极排斥N极，故线圈将发生转动同时靠近磁铁．从上面观察的俯视图如图所示．答案为A.【答案】 A10. (多选)(2015·上海静安区高二检测)如图5312所示，回形针系在细线下端被磁铁吸引，下列说法正确的是( )图5312A．回形针下端为N极B．回形针两头出现感应电荷C．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会儿发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了D．用点燃的火柴对回形针加热，回形针不被磁铁吸引，原因是回形针加热后，分子电流消失了【解析】回形针被磁化后的磁场方向与条形磁铁磁场方向一致，故回形针的下端为N 极，A对，B错．对回形针加热，回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了，故C对，D 错．【答案】AC11．在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C极点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图5313所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为________，方向为________．若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为________，方向为________. 【导学号：】图5313【解析】如图所示，由安培定则知B 处导线在A 点的磁感应强度方向水平偏下30°，C 处导线在A 点的磁感应强度方向水平偏上30°，由平行四边形定则可以求得合磁感应强度沿水平方向向右，大小为B 1＝2B cos 30°＝3B .当C 处的电流反向时，如图所示．由平行四边形定则可知合磁感应强度的方向沿竖直向下方向，大小等于B .【答案】 3B 水平向右 B 竖直向下12.三根平行长直导线，别离垂直地通过一等腰直角三角形的三个极点，如图5314所示．此刻使每条通电导线在斜边中点处所产生的磁感应强度大小均为B ，则该处实际磁感应强度的大小如何？方向如何？图5314【解析】按照安培定则，I 1和I 3在O 点处产生的磁感应强度的方向相同，大小均为B ，合成大小为2B ，I 2在O 点产生的磁感应强度与它们垂直，如图所示．由大小均为B 可知，O 点处实际磁感应强度的大小B 0＝2B 2＋B 2＝5B .设B 0与斜边夹角为α，则：tan α＝2B B＝2. 所以α＝arctan 2，即为B 0的方向．【答案】5B 方向与斜边夹角为arctan 2。

2019-2020版高中物理第5章磁场与回旋加速器 5.4 探究安培力讲义+精练(含解析)沪科版选修3-1

5.4 探究安培力[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道安培力的概念，掌握安培力的公式.2.知道左手定则的内容.科学思维：1.会用左手定则判定安培力的方向.2.会用安培力的公式F＝ILB sin θ进行有关计算.科学探究：能设计方案、选择器材进行实验，探究安培力F与I、L、B的定量关系，体会控制变量法在实验中的应用.一、安培力的方向利用如图1所示的实验装置进行实验.图1(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)导线受力的方向改变(2)导线受力的方向改变安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则[要点总结]1.左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向，如图2所示.图22.判断电流的磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则.3.安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B 所决定的平面.(1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心.(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向.应用左手定则时，磁感线斜着穿入掌心.[延伸思考] 电流周围可以产生磁场，磁场又会对放在其中的电流产生力的作用，如果有两条相互平行的、距离很近的通电直导线，它们之间会不会有力的作用？若有力的作用，那么同向电流之间的作用力如何？反向电流之间的作用力如何？答案有力的作用，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.例1画出图3中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明).图3答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则.学科素养例1用左手定则来判断安培力的方向，这是从物理学视角对客观事物的内在规律及相互关系进行分析，是对基于经验事实建构的理想模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养.二、安培力的大小1.阅读教材，了解电流天平的结构、原理和使用方法，制定实验方案，进行实验，注意体会控制变量法的运用，分析实验所测数据，回答下列问题：(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流大小，导线受力情况如何变化？(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度，导线受力情况如何变化？(3)通电导线受力与哪些因素有关？答案(1)电流越大，导线受力越大.(2)通电导线越长，导线受力越大.(3)通电导线在磁场中受到的力的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比，用公式表示为F＝kBIL，式中k为比例系数，国际单位制中，k＝1，F＝BIL.2.当导线与磁场方向的夹角为θ时，如图4所示，如何计算导线所受作用力的大小？图4答案将B分解为平行导线方向和垂直导线方向的两个分量，分别研究B的两个分量对导线的作用，可得出F＝BIL sin θ.[要点总结]1.(1)当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝BIL；(2)当θ＝0°，即B与I平行时，F＝0；(3)当电流方向与磁场方向成θ角，F＝BIl sin θ.2.F＝BIL中的L是指导线在磁场中的“有效”长度，当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图5所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.图53.磁感应强度的另一种定义方法：在磁场中垂直于磁场方向放置一小段通电导线，导线所受安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做导线所在处的磁感应强度，即B＝FIL.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )答案 A解析A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝BIL cos θ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，D错误.例3如图6所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为( )图6A.23BIlB.(2＋32)BIlC.(2＋3)BIlD.4BIl答案 C解析据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：L等＝(2＋3)l.据安培力公式得F＝BIL等＝(2＋3)BIl，故A、B、D错误，C正确.三、安培力的实际应用例4(2018·北京市朝阳区高二上学期期末)一种可测量磁感应强度大小的实验装置，如图7所示.磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场.其余区域磁场的影响可忽略不计.此时电子测力计的示数为G1.将一直铜条AB水平且垂直于磁场方向静置于磁场中.两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成回路.闭合开关，调节滑动变阻器的滑片.当电流表示数为I时，电子测力计的示数为G2，测得铜条在匀强磁场中的长度为L.铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是( )图7A.铜条所受安培力方向竖直向下B.铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1－G 2IL C.铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 2－G 1IL D.铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1＋G 2IL 答案 C解析由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A 错误；由牛顿第三定律可知，铜条对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，可知：G 2－G 1＝BIL ，解得B ＝G 2－G 1IL，选项C 正确，B 、D 错误.1.(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I 、磁场的磁感应强度B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是( )答案 C解析A图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；B图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B错误；C图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C正确；D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D错误.2.(安培力的大小)如图8所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力的大小分别为：图8F A＝，F B＝，F C＝，F D＝ .答案BIL cos α2BIL2BIR03.(安培力的大小)如图9所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈，边长为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在磁场内.某时刻，线圈中通过大小为I 的电流，则此线圈所受安培力的大小为( )图9 A.2BIL B.12nBIL C.nBIL D.2nBIL 答案 D4.(安培力的应用)(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表.这种电流表的构造如图10甲所示.蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的.当线圈通以如图乙所示的恒定电流(b 端电流流向垂直纸面向内)，下列说法正确的是( )图10A.当线圈在如图乙所示的位置时，b 端受到的安培力方向向上B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C.线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小D.电流表表盘刻度均匀答案BD解析由左手定则可判定：当线圈在如题图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故A 错误；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则线圈受到弹簧的阻力，阻碍线圈转动，故B正确；线圈中通过的电流越大，线圈受到的安培力越大，指针偏转的角度越大，C错误；在线圈转动的范围内，线圈平面始终与磁感线平行，且磁感应强度大小相等，故各处安培力大小相同，表盘刻度均匀，D正确.一、选择题考点一安培力的方向1.在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是( )答案 C解析根据左手定则可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误.本题选错误的，故选C.2.如图1所示，在xOy平面中有一通电直导线与Ox、Oy轴相交，导线中电流方向如图所示.该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同.该磁场的磁感应强度的方向可能是( )图1A.沿z轴正方向B.沿z轴负方向C.沿x轴正方向D.沿y轴负方向答案 D解析由电流方向、受力方向，根据左手定则可以判断出，磁感应强度的方向沿y轴的负方向，或者沿x轴的负方向都是可能的，故D正确.3.如图2所示，把一根通电的硬直导线ab用绝缘轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S，导线a端所受安培力的方向是( )图2A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里答案 D解析根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧.根据左手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确.4. (2018·大连市高二上学期期末)2017年1月25日，在中央电视台CCTV10频道播出的节目中，海军电力工程专家马伟明院士表示，正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局.电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射工作的.电磁炮的原理如图3所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是( )图3A.竖直向上B.竖直向下C.水平向左D.水平向右答案 C解析由左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力的方向是水平向左，故选C.5.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图4，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反.下列说法正确的是( )图4A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ 3D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1答案BC解析因三根导线中电流大小相等、两两等距，则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等.因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图中几何关系可知，L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行，L3所受磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直，A错误，B正确.设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F，则由几何关系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为2F cos 60°＝F，L3单位长度所受的磁场作用力大小为2F cos 30°＝3F，故C正确，D错误.考点二安培力的大小6.如图5所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为( )图5A.F a＞F b＞F cB.F a＝F b＝F cC.F b＜F a＜F cD.F a＞F b＝F c答案 D解析设a、b两棒的长度分别为L a和L b，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：F a＝BIL a；F b＝BIL b＝BId；c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有：F c＝BId；因为L a＞d，则有：F a＞F b＝F c.7.如图6所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度.下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方.线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态.若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )图6答案 A解析四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据F＝NBIl，A所受磁场力最大，当磁场发生微小变化时，A线圈对应的天平最容易失去平衡.8.(2018·上饶市高二上学期期末)如图7所示，一个边长为L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，若通以图示方向的电流(从A点流入，从C点流出)，电流强度为I，则金属框受到的磁场力为( )图7A.0B.BIL2C.BILD.2BIL答案 C9.(2018·盐城市阜宁县高二上学期期中)如图8所示，abcd 为四边形闭合线框，a 、b 、c 三点坐标分别为(0，L,0)，(L ，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y 轴正方向的匀强磁场中，通入电流I ，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是( )图8A.ab 边与bc 边受到的安培力大小相等B.cd 边受到的安培力最大C.cd 边与ad 边受到的安培力大小相等D.ad边不受安培力作用答案 B解析因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力F ab＝BL ab I，而bc边平行于磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误；cd边垂直于磁场，且长度最长，所以其受到的安培力最大，故B正确；ad边与cd边虽然长度相等，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场垂直，所以受到的安培力大小不相等，故C错误；ad边受到安培力作用，故D错误.考点三安培力的实际应用10.(多选)如图9甲所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音.俯视图乙表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面平行于纸面)，磁场方向如图中箭头所示，在图乙中( )图9A.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里B.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外C.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里D.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外答案BC解析将线圈看作由无数小段直导线组成，由左手定则可以判断，当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，选项B正确，A错误；当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，选项C正确，D错误.11.如图10甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则( )图10A.该磁场是匀强磁场B.该线圈的磁通量为BL2C.a导线受到的安培力方向向下D.b导线受到的安培力大小为BIL答案 D解析匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，该磁场明显不是匀强磁场，故A错误；线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB，故D正确.二、非选择题12.(2018·菏泽市高二上学期期末)如图11所示，放在马蹄形磁铁两极之间的导体棒ab处于水平，当通有自b到a的电流时，导体棒受到方向向右、大小F＝1 N的磁场力的作用，已知导体棒在马蹄形磁铁内部的长度L＝5 cm，通过导体棒的电流大小I＝10 A.求：图11(1)导体棒中的电流在其右侧位置所形成的磁场方向；(2)马蹄形磁铁中导体棒所在位置的磁感应强度B的大小.答案(1)竖直向上(2)2 T解析(1)由安培定则可知，导体棒中的电流在其右侧所形成的磁场方向竖直向上.(2)由公式F＝ILB，可知B＝F IL解得：B＝2 T.13.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E 的电源(不计内阻).现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，重力加速度为g，如图12所示，问：图12(1)当ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B 的大小和方向均能改变，则要使ab 棒所受支持力为零，B 的大小至少为多少？此时B 的方向如何？答案 (1)mg －BLE cos θR BLE sin θR(2)mgREL方向水平向右解析从b 向a 看金属棒受力分析如图所示.(1)水平方向：f ＝F 安sin θ①竖直方向：N ＋F 安cos θ＝mg② 又F 安＝BIL ＝B ERL③联立①②③得：N ＝mg －BLE cos θR ，f ＝BLE sin θR.(2)要使ab 棒所受支持力为零，且让磁感应强度最小，可知安培力竖直向上，则有F 安′＝mg ，B min ＝mgREL，根据左手定则判定磁场方向水平向右.。

高中物理第五章磁场与回旋加速器5.4探究安培力练习含解析沪科选修310530178

高中物理第五章磁场与回旋加速器5.4探究安培力练习含解析沪科选修310530178探究安培力一、选择题（一）1.下列说法中正确的是()A.磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值,即B=FFFB.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零只是定义式,它的大小取决于场源以及磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线C.磁感应强度B=FFF在磁场中的方向无关D.通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向答案:C2.一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中,导线上的电流方向由上而下,如图所示。

在导线以其中心点为轴逆时针转动180°的过程中,导线受到的安培力()A.大小不变,方向不变B.大小由最大减小到零再增至最大,方向时刻改变C.大小由最大减小到零再增至最大,方向不变D.大小由最大减小到零再增至最大,方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向内解析:安培力公式F=ILB sinθ,导线转动前,电流方向与磁场方向垂直,θ=90°;当导线转过一个小角度θ后,电流方向与磁场方向不再垂直,安培力变小;当导线转过90°时,电流方向与磁场方向平行,安培力为零。

根据左手定则判断知,安培力的方向始终垂直纸面向外;在导体再继续转动90°过程中,安培力由零变到最大,安培力的方向始终垂直纸面向内,选项D正确。

答案:D3.在等边三角形的三个顶点A、B、C处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中均通有大小相等的恒定电流,方向如图所示。

过C点的导线所受安培力的方向()A.与AB边平行,竖直向上B.与AB边平行,竖直向下C.与AB边垂直,指向左边D.与AB边垂直,指向右边解析:根据直线电流相互作用的规律可知A处导线与C处导线相互吸引,B处导线与C处导线也相互吸引,且两安培力大小相等,所以C处导线所受的合力方向一定指向左边且与AB边垂直,选项C正确。

高中物理第5章磁场与回旋加速器 4 探究安培力课件沪科选修31沪科高中选修31物理课件

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学案导引
安培力大小的计算
1.安培力的大小和哪些因素有关？ 2.利用公式 F＝BIL 计算安培力大小时，应注意什么？
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1.安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的 IL 乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度 B 的大小和方向.因而安培力的改变可以通过： (1)改变磁感应强度 B 的大小来改变. (2)改变通电导线的长短 L 来改变. (3)改变通电导线电流 I 的大小来改变. (4)改变通电导线与磁感应强度的夹角 θ 来改变.
(2 分)
由胡克定律和力的平衡条件得
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2kΔl1＝mg ①
(2 分)
式中，m 为金属棒的质量，k 是弹簧的劲度系数，g 是重力加
速度的大小.
开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为
F＝IBL ②
(2 分)
式中，I 是回路电流，L 是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长
了Δl2＝0.3 cm，由胡克定律和力的平衡条ห้องสมุดไป่ตู้得
第三十四页，共四十页。
如图所示，两平行金属导轨间的距离 L＝0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角 θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度 B＝0.50 T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势 E＝4.5 V、内阻 r＝0.50 Ω 的直流电源.现把一个质量 m ＝0.040 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上，导体棒恰好静止. 导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R0＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g 取 10 m/s2. 已知 sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：

高中物理第5章磁场与回旋加速器 5.4 探究安培力教案

探究安培力一、教学目标1．理解磁感应强度B 的定义，知道B 的单位是特斯拉．2．会用磁感应强度的定义式进行有关计算．3．知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小．4．知道什么叫匀强磁场，知道匀强磁场的磁感线是分布均匀的平行直线．5．知道什么是安培力．知道电流方向与磁场方向平行时，电流所受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL ．6．会用公式BIL F =解答有关问题．7．知道左手定则的内容，并会用它解答有关问题．二、重点难点重点：对磁感应强度的理解．安培力大小的计算和方向判断．难点：理解磁感应强度的概念．磁场方向、电流方向和安培力方向三者的关系。

三、教与学教学过程：磁场不仅具有方向性，而且各处的强弱也可能不同，靠近磁极或电流处的磁场较强，为了反映磁场的基本特性（具有力的性质），反映磁场不仅具有方向而且还有强弱，我们将引入一个叫做磁感应强度的物理量加以定量地描述（一）磁感应强度1．磁场对电流的作用【演示】利用控制变量法来演示通电的直导线在蹄形磁铁间的磁场（可以认为磁场是均匀的）中的受力跟哪些因素有关．（1）与电流的大小有关，精确实验表明I F ∝．（2）与通电导线在磁场中的长度有关，精确实验表明L F ∝（3）与通电导线在磁场中放置的方向有关，导线与磁场间的夹角越接近90°，F 越大，当通电导线平行磁场放置时，0=F ；当通电导线垂直磁场放置时，F 最大．归纳可得：在保持电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的磁场对它的作用力——安培力IL F ∝．2．磁感应强度概念的引入（1）在同一磁场中的某处，不管电流I 、导线长度L 怎样变．但导线所受的安培力F 跟IL 的比值保持不变，对不同的磁场或磁场中的不同处，这一比值一般是不同的．（2）比值IL F /与放入的通电导线无关，反映了磁场本身的特性（力的性质），为了反映这一特性我们引入物理量磁感应强度B ．3．磁感应强度B定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F 跟电流I 和导线长度L 的乘积IL 的比值，叫做磁感应强度．IL FB =（电流与磁场垂直）（引导学生将IL F B =和q F E =作比较）（1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，跟磁场中是否存在通电导线无关．（2）B 的大小表示磁场的强弱，B 越大表示磁场越强．（3）单位：在国际单位制中是特斯拉，简称特，符号是T ．1T ＝1N/A ·m ．（4）B 是矢量为了让B 不仅能反映磁场的强弱，还能反映磁场具有方向性，我们把磁场中某一点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向．这样磁感应强度B 这一矢量就全面地反映了磁场的强弱和方向．（5）几个常见磁场B 的大约值：地面附近的磁场：T 107.0~T 103.044--⨯⨯永磁铁磁极附近的磁场：T 1~T 103-工作的电机和变压器铁芯中的磁场： 1.4T ~0.8T4．磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大．5．匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场．（1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场．（2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线．（二）安培力磁场对电流的作用力通常称为安培力1．安培力的大小由IL F B =可得：安培力大小BIL F =。

高中物理第5章磁场与回旋加速器探究电流周围的磁场学案沪科版选修

高中物理第5章磁场与回旋加速器探究电流周围的磁场学案沪科版选修1、了解直线电流、环形电流、通电线圈的磁感线分布，并会运用安培定则判定电流的磁场方向、2、知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说、1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转，揭示了电与磁的联系、一、电流的磁场电流的磁场可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定1、直线电流的磁场：用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向、2、环形电流的磁场：环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线、在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直、3、通电螺线管的磁场：通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从北极出来，进入南极、螺线管内中间部分的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部磁感线连接，形成闭合曲线、长直通电螺线管内中间部分的磁场近似为匀强磁场、二、探究磁现象的本质1821年，安培提出了安培分子电流假说，他认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子电流的两侧相当于两个磁极、安培的分子电流假设揭示了磁性的起源，即磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的、一、电流的磁场[问题设计]1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围存在磁场，电流周围的磁场具有什么特征？仔细观察实验，说明电流的磁场的特点、(1)让一直导线垂直穿过一块水平硬纸板，将小磁针放置在水平硬纸板各处，接通电源、观察小磁针在各处的指向，分析直线电流的磁感线的特点、(2)用相同的方法研究环形电流磁场的磁感线的分布，也可用细铁屑模拟磁感线的分布，分析其磁感线的特点、(3)用细铁屑模拟通电螺线管的磁感线分布，分析其磁感线的特点、答案见要点提炼、[要点提炼]电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断、1、直线电流的磁场：以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越疏、(如图1所示)图12、环形电流的磁场：内部比外部强，磁感线越向外越疏、(如图2所示)图23、通电螺线管的磁场：内部为匀强磁场，且内部比外部强、内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指向S极、(如图3所示)图3二、探究磁现象的本质[问题设计]磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场分相似，它们的磁场有什么联系？答案它们的磁场都是由电荷的运动产生的、[要点提炼]1、安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体(如图4)、图42、当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图5甲)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙)、图53、安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的、一、对安培定则的理解与应用例1 如图6所示，a是直线电流的磁场，b是环形电流的磁场，c是通电螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向、图6解析根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向为逆时针方向，c中螺线管内部磁感线方向向左、答案见解析针对训练如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是() 答案D解析依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确、二、磁感应强度矢量的叠加例2 如图7所示，两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面相互垂直的放置，通电电流相同，电流方向如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为()图7A、0B、2B0C、B0D、无法确定解析A通电圆环在O点处产生的磁场由安培定则可知垂直纸面向里，大小为B0，同理由安培定则知B圆环在O 点处产生的磁场方向竖直向下，大小也为B0、所以O点合磁场的磁感应强度大小为B0，选项C正确、答案 C三、对磁现象的本质的认识例3 关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()A、除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B、根据安培的分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C、一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用D、磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁解析永久磁铁的磁场也是由运动的电荷产生的、故A错误、没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场相互加强，物体就被磁化了，两端形成磁极、故B正确、由安培分子电流假说知C正确、磁和电是两种不同的物质，故磁是磁，电是电、有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定磁场也不能产生电场，故D错误、答案BC1、(安培定则的理解与应用)如图8所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()图8A、①③B、②③C、①④D、②④答案C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误、③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确、故正确选项为C、2、(安培定则的理解与应用)如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图9A、a、b、c均向左B、a、b、c均向右C、a向左，b向右，c向右D、a向右，b向左，c向右答案C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定、所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边、3、(磁感应强度矢量的叠加)如图10所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点的磁场方向向右，则a、b中电流的方向为()图10A、都垂直于纸面向纸里B、都垂直于纸面向纸外C、a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里D、a中电流垂直于纸面向里，b中电流垂直于纸面向外答案C解析根据矢量合成可知，a在P点的磁场方向沿aP连线的垂线向上，b在P点的磁场方向沿bP连线的垂线向下，再由安培定则判断得：a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里，C正确、4、(对磁现象的本质的认识)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()A、永久磁铁的磁场B、直线电流的磁场C、环形电流的磁场D、软铁棒被磁化的现象答案AD解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的、分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故正确答案为A、D、题组一对安培定则的理解与应用1、如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转、首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是()图1A、物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内B、天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内C、物理学家牛顿，但小磁针静止不动D、物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内答案D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，根据右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D对；故选D、2、下列各图中，已标出电流及电流磁场的方向，其中正确的是()答案D解析电流与电流磁场的分布，利用的是右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向，因此A、B错；对于螺线管和环形电流中，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部磁场方向，故选D、3、如图2所示的螺线管内放置一小磁针，下列判断正确的是()图2A、电源A端为正、B端为负，线圈右端为S极，左端为N极B、电源A端为负、B端为正，线圈右端为S极，左端为N极C、电源A端为负、B端为正，线圈右端为N极，左端为S极D、电源A端为正、B端为负，线圈右端为N极，左端为S极答案B解析由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的方向为从右向左，再根据安培定则，确定在电源外部电流方向由B 指向A，电源B端为正，线圈左端为N极，故B正确、题组二对磁现象的本质的认识4、关于安培分子电流假说的说法正确的是()A、安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B、为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C、事实上物质内部并不存在类似的分子电流D、根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符答案BD5、磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是()A、分子电流消失B、分子电流的取向变得大致相同C、分子电流的取向变得杂乱D、分子电流的强度减弱答案C解析由于高温或猛烈的敲击，会使原来取向一致的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C 选项正确、题组三磁感应强度矢量的叠加6、取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图3甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图3A、0B、0、5BC、BD、2B答案A解析用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场相互抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零、7、分别置于a、b两处的长直导线垂直纸面放置，通有大小相等的恒定电流，方向如图4所示，a、b、c、d在一条直线上，且ac＝cb＝bd、已知c点的磁感应强度大小为B1，d点的磁感应强度大小为B2、若将b处导线的电流切断，则()图4A、c点的磁感应强度大小变为B1，d点的磁感应强度大小变为B1－B2B、c点的磁感应强度大小变为B1，d点的磁感应强度大小变为B2－B1C、c点的磁感应强度大小变为B1－B2，d点的磁感应强度大小变为B1－B2D、c点的磁感应强度大小变为B1－B2，d点的磁感应强度大小变为B2－B1答案A解析设a导线在c点的磁感应强度大小为B，在d点的磁感应强度大小为B′、根据右手螺旋定则有：B1＝2BB2＝B－B′联立两式解得B＝B1，B′＝B1－B2、故A正确，B、C、D错误、8、如图5所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流、a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等、关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()图5A、O点处的磁感应强度为零B、a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C、c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D、a、c两点处磁感应强度的方向不同答案C解析根据安培定则判断磁场方向，再结合矢量的合成知识求解、根据安培定则判断：两直线电流在O点产生的磁场方向均垂直于MN向下，O 点的磁感应强度不为零，故A选项错误；a、b两点的磁感应强度大小相等，方向相同，故B选项错误；根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C选项正确；a、c两点的磁感应强度方向相同，故D选项错误、第 1 页共 1 页。

2017-2018学年高中物理沪科版选修3-1学业分层测评：第

学业分层测评(二十) 探究安培力(建议用时：45分钟)[学业达标]1．如图所示各图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是()【解析】由左手定则知，A正确，B，C错误．在D图中，B与I平行，导线所受安培力为零．【答案】 A2．(多选)一根长为0.2 m电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T 的匀强磁场中，受到安培力的大小可能是()【导学号：29682092】A．0.4 N B．0.2 NC．0.1 N D．0【解析】当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，安培力有最大值为F ＝BIL＝0.5×2×0.2 N＝0.2 N；当两方向平行时，安培力有最小值为0.随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0与0.2 N之间取值．【答案】BCD3．如图5-4-11所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则金属棒MN所受安培力大小()【导学号：29682093】图5-4-11A．F＝BId B．F＝BId sin θC．F＝BIdsin θD．F＝BId cos θ【解析】金属棒MN与磁感应强度B垂直，所以F＝BI·dsin θ＝BIdsin θ，选项C正确．【答案】 C4.如图5-4-12所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力()图5-4-12A．竖直向上B．方向垂直于ad斜向上C．方向垂直于bc斜向下D．为零【解析】由于线框是闭合的，故四条边安培力的合力为零，D正确．【答案】 D5．如图5-4-13所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流，线圈将会()图5-4-13A．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【解析】纵向电流方向相同，故相互吸引，所以收缩．径向(垂直纸面)电流相反，所以相互排斥，故膨胀，故A正确．【答案】 A6．如图5-4-14所示，水平面内一段通电直导线平行于匀强磁场放置，当导线以左端点为轴在水平平面内转过90°时(如图中虚线所示)，导线所受的安培力()图5-4-14A．大小不变B．大小由零逐渐增大到最大C．大小由零先增大后减小D．大小由最大逐渐减小到零【解析】B和I平行时，导线所受安培力为零，当B和I的夹角θ增大时，F安＝BIL sin θ，F安增大，当B和I垂直时，F安最大，选项B正确，A、C、D错误．【答案】 B7．如图5-4-15所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1 T的匀强磁场中，CO间距离为10 cm，当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为()图5-4-15A．电流方向C→O B．电流方向O→CC．电流大小为1 A D．电流大小为0.5 A【解析】由左手定则，电流的方向O→C，由B＝FIL得I＝FBL＝2 A.【答案】 B8．(多选)如图5-4-16所示，通电细杆ab质量为m，置于倾角为θ的导轨上，导轨和杆间不光滑，有电流时，杆静止在导轨上，下图是四个俯视图，标出了四种匀强磁场的方向，其中摩擦力可能为零的是()图5-4-16【解析】因为杆静止在导轨上，所受合力为零，如果杆和导轨无挤压或者相对于导轨无滑动的趋势，则摩擦力为零，由左手定则可知A 中F 水平向右，B 中F 竖直向上，C 中F 竖直向下，D 中F 水平向左，A 、B 满足题意．【答案】 AB[能力提升]9．如图5-4-17所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度，天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L ，共N 匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面，当线圈中通有电流I (方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m 1、m 2的砝码时，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m 的砝码后，天平又重新平衡，由此可知( )【导学号：29682094】图5-4-17A ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为(m 1－m 2)gNILB ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为mg2NIL C ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为(m 1－m 2)g NILD ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为mg2NIL【解析】因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里．电流反向前，有m1g＝m2g ＋m3g＋NBIL，其中m3为线圈质量．电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL，两式联立可得B＝mg2NIL，故选B.【答案】 B10. (多选)图5-4-18中装置可演示磁场对通电导线的作用．电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属轨道，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动．下列说法正确的是()图5-4-18A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动【解析】若a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定则判定金属杆受安培力向左，则L向左滑动，A项错误．同理判断B、D选项正确，C项错误．【答案】BD11．质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平轨道上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图5-4-19所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力．图5-4-19【解析】导体棒静止时受力如图．由平衡条件知N＝mg＋F cos θ，f＝F sin θ.安培力F＝ILB，所以支持力N＝ILB cos θ＋mg；摩擦力f＝ILB sin θ.【答案】ILB cos θ＋mg ILB sin θ12.如图5-4-20所示，两平行光滑金属导轨与水平面间的夹角θ＝45°，相距为20 cm；金属棒MN的质量为1×10－2 kg，电阻R＝8 Ω；匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度B＝0.8 T，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω.当电键S闭合时，MN处于平衡状态，求变阻器R1的取值为多少？(忽略金属导轨的电阻)【导学号：29682095】图5-4-20【解析】沿M→N的方向看去，导体棒MN受重力、支持力、安培力，这三个力在同一竖直平面内，如图所示．由受力图及平衡条件有：mg sin θ－BIL cos θ＝0 ①由闭合电路的欧姆定律有：E＝I(R＋R1＋r) ②由①②两式解得：R1＝7 Ω.【答案】7 Ω。

高中物理第5章磁场与回旋加速器5.4探究安培力学案沪科版选修24

5、4 探究安培力学习目标知识脉络1、知道什么是安培力．( 重点 )2．知道左手定则的内容．( 重点 )3．掌握用安培力公式F＝BIL解答有关问题,通过安培力公式的应用,培养空间想象能力．( 重点、难点 )安培力的方向[先填空]1．安培力磁场对电流的作用力称为安培力．2．左手定则伸开左手,使大拇指与其余四个手指垂直,且都跟手掌在同一个平面内;让磁感线穿入手心,使四指指向电流方向,则大拇指所指的方向就是安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系F⊥B,F⊥I,即F垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面．[再判断]1．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用．( × )2．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直．( √ )3．应用左手定则时,四指指向电流方向,拇指指向安培力方向．( √ )[后思考]如图541为应用左手定则判断通电导体所受安培力的方向,观察以后回答:图541( 1 )用什么表示电流方向？( 2 )用什么表示安培力方向？[提示] ( 1 )用四个手指指向表示电流方向．( 2 )用大拇指所指方向表示安培力方向．[合作探讨]探讨1:如图542装置中,通电后导体棒向外摆动．交换磁极位置后导体棒怎样运动？图542[提示] 向里摆动．探讨2:通电后导体向外摆动,若交换磁极位置,同时交换电源正、负极连接,则导体棒怎样运动？[提示] 仍向外摆动．[核心点击]1．安培力的方向( 1 )安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,但B与I不一定垂直．( 2 )已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定．2．安培力与电场力的比较电场力安培力研究对象点电荷直导线受力特点正电荷受力方向与电场方向相同,沿电场线切线方向,负电荷相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直判断方法结合电场线方向和电荷正、负判断用左手定则判断3、安培力作用下导体运动方向的五种判断方法电流元法把整段导线分为多段电流元,先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向,然后判断整段导线所受安培力的方向,从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流( 反过来等效也成立 ),然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;不平行的两直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的反作用力,从而确定磁体所受合力及其运动方向1．一根容易形变的弹性导线,两端固定,导线中通有电流,方向如图中箭头所示．当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是( )[详细解析] A图中I与B平行应不受安培力,故A错误,由左手定则知B、C错误,D正确．[正确答案] D2．用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来,让二者等高平行放置,如图543所示,当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时,则有( )图543A．两导线环相互吸引B．两导线环相互排斥C．两导线环无相互作用力D．两导线环先吸引后排斥[详细解析] 通电的导线环周围能够产生磁场,磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用．由于导线环中通入的电流方向相同,二者同位置处的电流方向完全相同,相当于通入同向电流的直导线,据同向电流相互吸引的规律,判知两导线环应相互吸引,故A 正确．[正确答案] A3．如图544所示,在南北方向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一条形小磁铁,当导线中通入图示的电流I后,下列说法正确的是( )[导学号:29682031]图544A．磁铁N极向里转,悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力B．磁铁N极向外转,悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力C．磁铁N极向里转,悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力D．磁铁N极向外转,悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力[详细解析] 由条形磁铁的磁场分布,并由左手定则,可知导线左半部分受到安培力方向垂直纸面向外,右半部分安培力方向垂直纸面向里,由牛顿第三定律得磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里,右半部分安培力方向垂直纸面向外,因此条形磁铁N极向里转．当转过90°时导线受力竖直向上,则磁铁受力竖直向下,导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力,故C正确．[正确答案] C左手定则应用的两个要点( 1 )安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向,所以应用左手定则时,必须使拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直．( 2 )由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向不一定垂直穿入手掌,可能与四指方向成某一夹角,但四指一定要指向电流方向．安培力的大小[先填空]1．因素通电导体在磁场中受到的安培力的大小,跟导体的长度L、导体中的电流I、磁感应强度B都成正比．2．计算公式( 1 )当电流方向与磁场方向垂直时,F＝BIL、( 2 )当电流方向与磁场方向夹角为θ时,F＝BIL sin θ、( 3 )当电流方向与磁场方向平行时,F＝0、[再判断]1．安培力的大小由电流强度、磁感应强度两个因素决定．( × )2．将长度为L、电流强度为I的导体放入磁感应强度为B的磁场中,导体所受安培力的大小一定是F＝BIL、( × )3．通电导线放入磁场中不受安培力的作用,则通电导线一定和磁场方向平行．( √ ) [后思考]如图545,当通电导线与磁感线不垂直时,可用左手定则判断安培力的方向吗？若电流与磁感线成θ角,则安培力大小为多少？图545[提示] 可以把B分解为平行于电流和垂直于电流两个方向,就能用左手定则判断安培力的方向,由此可确定安培力的大小F＝BIL sin θ、[合作探讨]如图546所示,一根质量为m的金属棒MN,两端用细软导线连接后悬于a、b两点,棒的中端处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,电流方向如图所示,悬线上的拉力为F、图546探讨1:若使悬线上的拉力F变为零,可以采取什么方法？[提示] 适当增大磁感应强度或电流．探讨2:若使悬线上的拉力F变大,可以采取什么方法？[提示] 减小磁感应强度或电流强度,使磁感应强度方向反向,或者使电流方向反向．[核心点击]1．F＝BIL sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线,求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时,L为有效长度,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547所示．图5472．同样情况下,通电导线与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;导线与磁场方向平行时,它不受安培力;导线与磁场方向斜交时,它所受的安培力介于0和最大值之间．3．在非匀强磁场中,只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等( 包括大小和方向 ),则导线所受安培力也能用上述公式计算．4．当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和．4．如图548所示,长为2L的直导线折成边长相等,夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,当在该导线中通以电流强度为I的电流时,该V 形通电导线受到的安培力大小为( )图548A．0 B．0、5BILC．BIL D．2BIL[详细解析] V形通电导线的等效长度为L,故安培力的大小为BIL,C正确．[正确答案] C5、如图549,一段导线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．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )图549A．方向沿纸面向上,大小为( 2＋1 )ILBB．方向沿纸面向上,大小为( 2－1 )ILBC．方向沿纸面向下,大小为( 2＋1 )ILBD．方向沿纸面向下,大小为( 2－1 )ILB[详细解析] 导线段abcd的有效长度为线段ad,由几何知识知L ad＝( 2＋1 )L,故线段abcd所受的合力大小F＝IL ad B＝( 2＋1 )ILB,导线有效长度的电流方向为a→d,据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上,故A项正确．[正确答案] A6．( 多选 )如图5410所示,通电导体棒静止于水平导轨上,棒的质量为m,长为L,通过的电流大小为I且垂直纸面向里,匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成θ角,则导体棒受到的( )图5410A．安培力大小为BILB．安培力大小为BIL sin θC．摩擦力大小为BIL cos θD．支持力大小为mg＋BIL cos θ[详细解析] 金属杆受力如图所示:由于金属杆与磁场垂直,故安培力大小F A＝BIL、根据平衡条件得:F f＝F A sin θ,mg＋F A cos θ＝F N解得:F f＝BIL sin θ,F N＝mg＋BIL cos θ、故A、D正确,B、C错误．[正确答案] AD求解安培力问题的四个步骤( 1 )选定研究对象:一般为磁场中的通电导线．( 2 )变三维为二维:方法是沿着或逆着电流观察,将一段有长度的导线看成一个没有长度的圆圈,圈内画“×”为顺着电流观察,圈内画“·”表示逆着电流观察．( 3 )画出平面受力分析图:其中安培力的方向切忌跟着感觉走,要用左手定则来判断,注意F安⊥B、F安⊥I、( 4 )根据力的平衡条件或牛顿第二定律列方程式进行求解．。

高中物理第5章磁场与回旋加速器 5.3 探究电流周围的

探究电流周围的磁场(建议用时：45分钟)[学业达标]1. (2016·临汾高二检测)如图535所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．发现这个实验现象的物理学家是( )图535A．牛顿B．爱因斯坦C．奥斯特D．居里夫人【解析】发现电流能使小磁针偏转的物理学家是奥斯特．故C正确．【答案】 C2．(多选)通有恒定电流的长直螺线管，下列说法中正确的是( )A．该螺线管内部是匀强磁场B．该螺线管外部是匀强磁场C．放在螺线管内部的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极D．放在螺线管外部中点处的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极【解析】长直螺线管内部中间部分是匀强磁场，在磁场中小磁针的N极指向就是该处磁场的方向．【答案】AC3. (2016·内江高二检测)如图536所示为一通电螺线管，a、b、c是通电螺线管内、外的三点，则三点中磁感线最密处为( )图536A．a处B．b处C．c处D．无法判断【解析】通电螺线管的磁场类似于条形磁铁的磁场，内部最强，两端外侧稍弱，外部的中间部分最弱．【答案】 A4．闭合开关S后，小磁针静止时N极指向如图537所示，那么图中电源的正极( )图537A．一定在a端B．一定在b端C．在a端或b端均可D．无法确定【解析】磁铁外面的磁感线分布与通电螺线管相似，由安培定则即可判断电源的正极在a端．【答案】 A5．直线电流周围的磁场，其磁感线分布和方向用下列哪个图来表示最合适( )【解析】由安培定则可判断A、C错误；直线电流周围的磁感线的分布，由近及远，由密逐渐变疏，而不是等距的同心圆，B错误，D正确．【答案】 D6.如图538所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时( )【导学号：37930062】图538A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动【解析】由安培定则可判断小磁针所在处电流的磁场方向向里，而小磁针N极的受力方向与磁场方向相同，故小磁针N极向里转，S极向外转，故选A.【答案】 A7.如图539所示，两根长直通电导线互相平行，电流方向相同．它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处，且A、B两点处于同一水平面上．两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度的大小和方向是( )图539A．B竖直向上B．B水平向右C.3B水平向右D.3B竖直向上【解析】由安培定则可判断出A和B在C处的磁场分别垂直于AC和BC连线，如图所示．由矢量叠加原理可求出C处磁场的总磁感应强度的大小为3B，方向水平向右．【答案】 C8．在图5310中，分别给出了其中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向，请画出对应的磁感线(标上方向)或电流的方向．图5310【解析】根据安培定则，各图中电流方向和磁感线方向判定如图所示．【答案】见解析[能力提升]9.如图5311所示，将通电线圈悬挂在磁铁N极附近，磁铁处于水平位置并和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线经过线圈圆心，线圈将( )图5311A．转动同时靠近磁铁B．转动同时离开磁铁C．不转动，只靠近磁铁D．不转动，只离开磁铁【解析】把环形电流等效成一个小磁针，由安培定则知，此小磁针的N极向里S极向外．条形磁铁的N极吸引小磁针的S极排斥N极，故线圈将发生转动同时靠近磁铁．从上面观察的俯视图如图所示．答案为A.【答案】 A10. (多选)(2015·上海静安区高二检测)如图5312所示，回形针系在细线下端被磁铁吸引，下列说法正确的是( )图5312A．回形针下端为N极B．回形针两端出现感应电荷C．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会儿发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了D．用点燃的火柴对回形针加热，回形针不被磁铁吸引，原因是回形针加热后，分子电流消失了【解析】回形针被磁化后的磁场方向与条形磁铁磁场方向一致，故回形针的下端为N 极，A对，B错．对回形针加热，回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了，故C对，D 错．【答案】AC11．在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图5313所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为________，方向为________．若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为________，方向为________. 【导学号：37930063】图5313【解析】如图所示，由安培定则知B 处导线在A 点的磁感应强度方向水平偏下30°，C 处导线在A 点的磁感应强度方向水平偏上30°，由平行四边形定则可以求得合磁感应强度沿水平方向向右，大小为B 1＝2B cos 30°＝3B . 当C 处的电流反向时，如图所示．由平行四边形定则可知合磁感应强度的方向沿竖直向下方向，大小等于B . 【答案】3B 水平向右 B 竖直向下12.三根平行长直导线，分别垂直地通过一等腰直角三角形的三个顶点，如图5314所示．现在使每条通电导线在斜边中点处所产生的磁感应强度大小均为B ，则该处实际磁感应强度的大小如何？方向如何？图5314【解析】根据安培定则，I 1和I 3在O 点处产生的磁感应强度的方向相同，大小均为B ，合成大小为2B ，I 2在O 点产生的磁感应强度与它们垂直，如图所示．由大小均为B 可知，O 点处实际磁感应强度的大小B 0＝B2＋B 2＝5B .设B 0与斜边夹角为α，则：tan α＝2BB＝2.所以α＝arctan 2，即为B 0的方向．【答案】 5B 方向与斜边夹角为arctan 2。

教育最新K122018-2019学年高中物理第5章磁场与回旋加速器 5.4 探究安培力学案沪科版选修3-1

5.4 探究安培力[知识梳理]一、安培力的方向1．安培力磁场对电流的作用力称为安培力．2．左手定则伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线穿入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系F⊥B，F⊥I，即F垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面．二、安培力的大小1．因素通电导体在磁场中受到的安培力的大小，跟导体的长度L、导体中的电流I、磁感应强度B 都成正比．2．计算公式(1)当电流方向与磁场方向垂直时，F＝BIL.(2)当电流方向与磁场方向夹角为θ时，F＝BIL sin_θ.(3)当电流方向与磁场方向平行时，F＝0.[基础自测]1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．)(1)通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用．(×)(2)通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直．(√)(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(√)(4)安培力的大小由电流强度、磁感应强度两个因素决定．(×)(5)将长度为L、电流强度为I的导体放入磁感应强度为B的磁场中，导体所受安培力的大小一定是F＝BIL.(×)(6)通电导线放入磁场中不受安培力的作用，则通电导线一定和磁场方向平行．(√)【提示】(1)×通电直导线与磁场方向平行时，不受安培力．(4)×安培力的大小还跟导体长度有关．(5)×只有在电流方向与磁场方向垂直时才有F＝BIL.2．一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是( )D[A图中I与B平行应不受安培力，故A错误，由左手定则知B、C错误，D正确．]3.如图541所示，长为2L的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为( )【导学号：69682264】图541A．0 B．0.5BILC．BIL D．2BILC[V形通电导线的等效长度为L，故安培力的大小为BIL，C正确．][合作探究·攻重难](1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，但B与I不一定垂直．(2)已知I 、B 的方向，可唯一确定F 的方向；已知F 、B 的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I 的方向；已知F 、I 的方向时，磁感应强度B 的方向不能唯一确定．2．判断导体在磁场中运动情况的五种常用方法12圆心重合，当两线圈通以如图542所示的电流时，从左向右看，线圈L 1将( )图542A ．不动B ．顺时针转动C ．逆时针转动D ．向纸面内平动思路点拨：①可采用等效法，将L 1等效为小磁针，确定L 2产生的磁场后判断L 1受力运动情况．②可采用结论法，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．B [方法一：等效分析法．把线圈L 1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流L 2的中心，通电后，小磁针的N 极应指向该环形电流L 2的磁场方向，由安培定则知L 2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L 1等效成小磁针，其N 极应由纸里转为向上，所以从左向右看顺时针转动．方法二：利用结论法．环形电流L 1、L 2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L 1的转动方向应是：从左向右看顺时针转动．]安培定则与左手定则的三点区别(1)用途不同：安培定则用于判断电流的磁场方向，即用于电生磁的情况，左手定则用于判断电流在磁场中的受力，即用于电流受力的情况．(2)所用手不同：安培定则用右手，左手定则用左手．(3)手型不同：安培定则四指弯曲，左手定则手掌伸直．[针对训练]1．(多选)如图所示，F是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是( )AD[由左手定则可判断，选项B中安培力的方向向左，选项C中安培力的方向向下；选项A、D中安培力的方向如题图所示，选项A、D是正确的．]2.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图543所示．下列哪种情况将会发生( )【导学号：69682265】图543A．因L2不受磁场力的作用，故L2不动B．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动C．L2绕轴O按顺时针方向转动D．L2绕轴O按逆时针方向转动D[由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线L1的距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O点的下方磁场较强，则安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D选项正确．]1．F＝BIL sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，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544所示．图5442．同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间．3．在非匀强磁场中，只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算．4．当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和．在倾角θ＝30°的斜面上，固定一金属框架，宽L＝0.25 m，接入电动势E＝12 V、内阻不计的电源．在框架上放有一根水平的、质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数为μ＝36，整个装置放在磁感应强度B＝0.8 T的垂直框面向上的匀强磁场中(如图545所示)．当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，框架与棒的电阻不计，g＝10 m/s2)图545思路点拨：①将立体图转换为平面图．②判断安培力的方向，对导体棒受力分析．③根据平衡条件求解．【解析】金属棒静止在框架上时，摩擦力的方向可能沿框面向上，也可能沿框面向下，须分两种情况考虑．当滑动变阻器R取值较大时，I较小，安培力F较小，在金属棒的重力分力mg sin θ作用下，棒有沿框架下滑趋势，框架对金属棒的摩擦力沿框面向上(如图甲所示)．金属棒刚好不下滑时满足平衡条件B ERL＋μmg cos θ－mg sin θ＝0得R ＝BEL mg θ－μcos θ＝0.8×12×0.250.2×10×⎝ ⎛⎭⎪⎫0.5－36×32 Ω＝4.8 Ω当滑动变阻器R 取值较小时，I 较大，安培力F 较大，会使金属棒产生沿框面上滑的趋势．因此，框架对金属棒的摩擦力沿框面向下(如图乙所示)．金属棒刚好不上滑时满足平衡条件B E RL －μmg cos θ－mg sin θ＝0 得R ＝BELmg θ＋μcos θ＝1.6 Ω所以滑动变阻器R 的取值范围应为1.6 Ω≤R ≤4.8 Ω.【答案】 1.6 Ω≤R ≤4.8 Ω求解安培力问题的四个步骤(1)选定研究对象：一般为磁场中的通电导线．(2)变三维为二维：方法是沿着或逆着电流方向观察，将一段有长度的导线看成一个没有长度的圆圈，圈内画“×”为顺着电流方向观察，圈内画“·”表示逆着电流方向观察．(3)画出平面受力分析图：其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F 安⊥B 、F 安⊥I .(4)根据力的平衡条件或牛顿第二定律列方程式进行求解．[针对训练]3.如图546，一段导线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．导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力( )【导学号：69682266】图546A ．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB ．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC ．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD ．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILBA [导线段abcd 的有效长度为线段ad ，由几何知识知L ad ＝(2＋1)L ，故线段abcd 所受的合力大小F ＝IL adB ＝(2＋1)ILB ，导线有效长度的电流方向为a →d ，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A 项正确．]4.如图547所示，光滑导轨与水平面成θ角，导轨宽为L .匀强磁场磁感应强度为B .金属杆长也为L ，质量为m ，水平放在导轨上．当回路总电流为I 时，金属杆恰好能静止．求竖直向上的磁感应强度B 的大小．图547【解析】磁场方向竖直向上，杆受力如图所示：金属杆的安培力F ＝ILB由平衡条件可得F cos θ＝mg sin θ解得B ＝mg tan θIL. 【答案】mg tan θIL[当堂达标·固双基] 1．如图所示各图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是( )A [由左手定则知，A 正确，B ，C 错误．在D 图中，B 与I 平行，导线所受安培力为零．]2．(多选)一根长为0.2 m 电流为2 A 的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T 的匀强磁场中，受到安培力的大小可能是( )A ．0.4 NB ．0.2 NC ．0.1 ND ．0BCD[当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，安培力有最大值为F＝BIL＝0.5×2×0.2 N ＝0.2 N；当两方向平行时，安培力有最小值为0.随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0与0.2 N之间取值．]3．如图548所示，电磁炮由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场B 方向的是( )【导学号：69682267】图548B[要使电磁炮弹加速，则炮弹应受向右的安培力．由左手定则可知：磁场方向应为垂直纸面向外．B正确．]4.如图549所示，在磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，用两根细线悬挂一长为10 cm，质量为0.05 kg的金属导线．今在金属导线中通以恒定电流．(g取10 m/s2)图549(1)若要使悬线受的拉力为零，求金属导线中电流的大小和电流的方向．(2)若每根细线所受的拉力为0.1 N，求金属导线中电流强度的大小．【解析】(1)悬线拉力为零时，AB受向上的安培力，大小等于重力，即mg＝BI1L，所以I1＝0.51×0.1A＝5 A由左手定则得方向由A指向B.(2)当每根细线受拉力为0.1 N时，由导线受力平衡得：mg－0.1×2 N＝BI2L得I2＝3 A.【答案】(1)5 A 方向由A指向B(2)3 A。

高中物理第五章磁场与回旋加速器第4课时探究洛伦兹力同步课时检测沪科版选修31

高中物理第五章磁场与回旋加速器第4课时探究洛伦兹力同步课时检测沪科版选修31[概念规律组]1．在以下几幅图中，对洛伦兹力的方向判断不正确的是( )2．带电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是( ) A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B．如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C．洛伦兹力方向一定与电荷运动方向垂直，磁场方向也一定与电荷运动方向垂直D．粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变3．如图1所示是阴极射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出．在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，下列措施中可采用的是( )图1A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向4．运动电荷进入磁场后(无其他力作用)可能做( ) A．匀速圆周运动B．匀速直线运动C．匀加速直线运动D．平抛运动5．有三束粒子，分别是质子(p)、氚核(31H)和α粒子(42He)束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场(磁场方向垂直纸面向里)，在下面所示的四个图中，能正确表示出这三束粒子运动轨迹的是( )6．质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为R p 和Rα，周期分别为T p和Tα.则下列选项正确的是( )A．R p∶Rα＝1∶2，T p∶Tα＝1∶2B．R p∶Rα＝1∶1，T p∶Tα＝1∶1C．R p∶Rα＝1∶1，T p∶Tα＝1∶2D．R p∶Rα＝1∶2，T p∶Tα＝1∶1[方法技巧组]7．(2012·北京·16)处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动．将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值( )A．与粒子电荷量成正比B．与粒子速率成正比C．与粒子质量成正比D．与磁感应强度成正比8．如图2所示是在匀强磁场中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B 垂直于纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是( )图2A．粒子先经过a点，再经过b点B．粒子先经过b点，再经过a点C．粒子带负电D．粒子带正电9．质子(11H)和α粒子(42He)在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动．由此可知质子的动能E k1和α粒子的动能E k2之比E k1∶E k2等于( )A．4∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．2∶110．如图3所示，在长直导线AB旁，用绝缘细线在O点悬挂一带正电的小球，当导线中通入恒定电流时，下列说法正确的是( )图3A ．小球受到洛伦兹力的作用，其方向指向纸里B ．小球受到洛伦兹力的作用，其方向指向纸外C ．小球受到洛伦兹力的作用，其方向垂直AB 向右D ．小球不受洛伦兹力的作用11．带电油滴以水平速度v 0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图4所示，若油滴质量为m ，磁感应强度为B ，则下述说法正确的是( )图4A ．油滴必带正电荷，电荷量为mg v 0B B ．油滴必带正电荷，比荷q m ＝qv 0BC ．油滴必带负电荷，电荷量为mgv 0BD ．油滴带什么电荷都可以，只要满足q ＝mg v 0B12．一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图5所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是( )图5A ．增大电荷质量B ．增大电荷电荷量C ．减小入射速度D ．增大磁感应强度图613．如图6所示，在x 轴上方有磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里的匀强磁场．x 轴下方有磁感应强度大小为B /2，方向垂直纸面向外的匀强磁场．一质量为m 、电荷量为－q 的带电粒子(不计重力)，从x 轴上O 点以速度v 0垂直x 轴向上射出．求：(1)射出之后经多长时间粒子第二次到达x 轴？(2)粒子第二次到达x轴时离O点的距离．[创新应用组]14．一细棒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，棒与磁场垂直，磁感线方向垂直纸面向里，如图7所示，棒上套一个可在其上滑动的带负电的小环c，小环质量为m，电荷量为q，环与棒间无摩擦．让小环从静止滑下，下滑中某时刻环对棒的作用力恰好为零，则此时环的速度为多大？图7答案1．C 2.BD 3．B 4．AB 5．C 6．A 7．D 8．AC 9．B 10．D 11．A 12．C 13．(1)3πmqB(2)6mv 0qB14.mg cos θqB。

物理沪科版选修3-1第5章磁场与回旋加速器单元测试含解析

本章测评(分值：100分时间：90分钟)一、选择题（共12小题，每题4分,共48分）1下列四个实验现象中,不能表明电流能产生磁场的是（）A．甲图中，导线通电后磁针发生偏转B．乙图中，通电导线在磁场中受到力的作用C．丙图中，当电流方向相同时，导线相互靠近D．丁图中，当电流方向相反时,导线相互远离2关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是（) A．磁感线从永久磁铁的N极发出指向S极，并在S极终止B．任何磁场的磁感线都不会相交C．磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向D．磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线3关于磁感应强度的概念，下列说法中正确的是( ）A．由磁感应强度的定义式B＝F/(IL）可知,磁感应强度与磁场力成正比,与电流和导线长度的乘积成反比B．一小段通电导线在空间某处不受磁场力的作用，那么该处的磁感应强度一定为零C．一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置上，它受到的磁场力一定等于零D．磁场中某处的磁感应强度的方向，跟电流在该处所受磁场力的方向相同4从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子，这些高能粒子流到达地球会对地球上的生命带来危害,但是由于地球周围存在磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对地球上的生命起到保护作用，如图所示。

那么（)A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同B．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最强，赤道附近最弱C．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱，赤道附近最强D．地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转5软铁棒放在永磁体的旁边能被磁化,这是由于( ）A．在永磁体磁场作用下，软铁棒中形成了分子电流B．在永磁体磁场作用下，软铁棒中的分子电流消失了C．在永磁体磁场作用下，软铁棒中分子电流的取向变得大致相同D．在永磁体磁场作用下,软铁棒中分子电流的取向变得更加杂乱无章6如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转。

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