高中物理微型专题4 安培力的应用
安培力的原理和应用
安培力的原理和应用1. 安培力的概述安培力是指在电流通过导线时，由于导线周围存在磁场而对导线产生的力。
安培力是电磁感应现象的一种表现，它是由安培定律所描述。
安培力在电磁学和电子工程中具有重要的应用。
2. 安培力的原理安培力的产生是基于安培定律，即当电流通过导线时，会在导线周围产生磁场，而这个磁场会在导线上产生一个力。
安培定律可以用数学公式表示为：$$ F = BIL \\sin(\\theta) $$其中，F是安培力的大小，B是磁场强度，I是电流强度，L是导线长度，θ是磁场与导线方向的夹角。
根据安培定律，当电流方向与磁场方向垂直时，安培力达到最大值；当电流方向与磁场方向平行时，安培力为零。
3. 安培力的应用3.1 电磁铁电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。
它由一个铁芯、绕线和电源组成。
当电流通过绕线时，会在铁芯上产生一个磁场，并因此产生安培力。
这样，电磁铁就可以吸引铁磁材料。
电磁铁广泛应用于工业、交通、医疗等领域，如起重机、磁悬浮列车和磁共振成像设备等。
3.2 电动机电动机是一种将电能转化为机械能的设备，其中就用到了安培力。
电动机的核心部件是绕组和磁场，当电流通过绕组时，会在磁场中产生安培力，从而实现电转机械运动。
电动机广泛应用于电力工业、交通运输、家电等领域，如电动汽车、洗衣机和电风扇等。
3.3 电子磁铁电子磁铁是一种小型的电磁铁，常用于科学实验和精密仪器中。
由于电子磁铁体积小、重量轻，并能够实现快速开关和控制，因此在一些特殊的应用中有广泛的需求。
电子磁铁的制造和使用，都离不开对安培力原理的深入理解。
3.4 磁悬浮磁悬浮是一种利用磁场和安培力原理实现的悬浮运动的技术。
通过利用安培力排斥或吸引的特性，可以使物体悬浮在磁场中，并实现无接触的运动。
磁悬浮技术被广泛应用于高速列车、悬浮摩托车和磁悬浮滚珠轴承等领域，提高了运行的稳定性和效率。
4. 总结安培力作为电磁感应现象的一种表现，在电子工程和电磁学中有广泛的应用。
安培力的应用
A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直 C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直 D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由B和I所确定的 平面
第一节 探究磁场对电流的作用 判定以下通电导线所受安培力的方向 B B I I F B F α
纵向
方法点拨：利用平行电流间关系的结论
第一节 探究磁场对电流的作用
把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯 里的水银面接触,并使它组成如图所示的电路,当开关接通后, 将看到的现象 是(C )
A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动
S
第一节 探究磁场对电流的作用
N
×
θ
mg
F
第一节 探究磁场对电流的作用 拓展1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B 的最小值为________, N B X θ θ G 拓展2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压 力, 外加磁场的磁感应强度B的最小值为 _________, 方向________. mg=BIL B=mg/IL B θ F F
第一节 探究磁场对电流的作用
固定
˙
˙
×
F
×
自由
˙
˙
×
F
˙
˙
×
结论：两电流不平行时，有转到平行且电流方向相同的趋势
×
×
第一节 探究磁场对电流的作用
两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定， cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将 （ ）D A.顺时针方向转动，同时靠近ab
a c d
磁感线垂直穿 B 过导轨平面
2024年高二物理教案安培力的应用
2024年高二物理教案安培力的应用一、教学内容本节课选自人教版高二物理选修31第二章第五节《安培力的应用》。
主要内容包括：磁场对电流的作用力——安培力，安培力大小的计算，安培力方向的判定，安培力在日常生活和工业中的应用。
二、教学目标1. 理解安培力的概念，掌握安培力大小的计算和方向的判定。
2. 了解安培力在日常生活和工业中的应用，培养学生的科学素养。
3. 培养学生的实验操作能力和团队合作精神。
三、教学难点与重点重点：安培力大小的计算和方向的判定。
难点：安培力在实际问题中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：电流表、磁场演示器、安培力演示仪。
2. 学具：电流表、导线、磁铁、滑动变阻器。
五、教学过程1. 实践情景引入：展示磁场演示器，引导学生观察电流表指针在磁场中的偏转，提出问题：电流在磁场中会受到力的作用吗？2. 例题讲解：讲解安培力的大小计算和方向判定，结合安培力演示仪进行演示。
3. 随堂练习：让学生计算给定电流和磁场下的安培力大小和方向。
4. 知识拓展：介绍安培力在日常生活和工业中的应用，如电机、发电机等。
5. 小组讨论：分组讨论安培力的应用实例，培养学生的团队合作精神。
六、板书设计1. 安培力的概念2. 安培力大小的计算3. 安培力方向的判定4. 安培力的应用七、作业设计1. 作业题目：（1）计算题：给定电流和磁场，计算安培力的大小和方向。
（2）应用题：简述安培力在日常生活中的应用实例。
2. 答案：（1）计算题答案：根据安培力公式计算得出。
（2）应用题答案：如电风扇、洗衣机等。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课通过实践情景引入、例题讲解、随堂练习等多种教学手段，使学生掌握了安培力的计算和方向判定，培养了学生的实验操作能力和团队合作精神。
2. 拓展延伸：引导学生关注安培力在现代科技领域中的应用，如磁悬浮列车、粒子加速器等，激发学生的探索兴趣。
重点和难点解析：1. 安培力大小的计算和方向的判定。
高二物理选修课件安培力的应用
02
安培力在生活中的应用
电磁铁工作原理及类型
电磁铁工作原理
电磁铁是利用安培力原理工作的装置，当导线通电后，在导线周围产生磁场，使 得铁芯被磁化，从而产生强大的磁力。
电磁铁类型
根据用途和特性，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁具有稳定 的磁力和较好的控制性能，而交流电磁铁则具有较大的磁力和较快的响应速度。
优势
磁悬浮列车具有无接触、无磨损、低 噪音、低能耗和高速度等优点，是未 来城市轨道交通的重要发展方向。
超导材料中安培力特性
超导材料中的安培力
在超导材料中，电流可以无阻力地流动，形成强大的磁场。安培力在这种环境下表现出独特的性质， 如超导磁悬浮和超导电机等。
应用前景
超导材料中的安培力特性为超导技术的应用提供了广阔的空间，如超导磁体、超导储能、超导电机和 超导量子干涉仪等。这些技术在能源、交通、医疗和科研等领域具有巨大的应用潜力。
扬声器和话筒中安培力作用
扬声器中安培力作用
扬声器是将电信号转换为声音信号的装置。在扬声器中，安培力使得音圈在磁场中振动，从而驱动振膜发出声音 。安培力的大小和方向决定了扬声器的音质和音量。
话筒中安培力作用
话筒是将声音信号转换为电信号的装置。在话筒中，声音信号通过振膜转换为机械振动，然后经过磁场的作用， 将机械振动转换为电信号。安培力在这个过程中起到了关键的作用，它使得话筒能够准确地捕捉声音并转换为相 应的电信号。
法拉第电磁感应定律联系
法拉第电磁感应定律表明，当穿过回 路的磁通量发生变化时，回路中就会 产生感应电动势。而安培力是磁场对 电流的作用力，因此安培力与电磁感 应现象密切相关。
当导体在磁场中运动时，如果导体中 的自由电荷随导体一起运动，那么这 些自由电荷就会受到洛伦兹力的作用 。洛伦兹力会使自由电荷发生定向移 动，从而形成感应电流。这个感应电 流又会受到安培力的作用，进一步影 响导体的运动状态。
“安培力的应用”(自建)
安培力
—磁场对电流的作用力
一. 通电导线在磁场中所受的安培力
1.安培力的大小: 在匀强磁场中，在通电 直导线与磁场方向垂直的情况下．电流 所受的安培力F等于磁感应强度B、电流I 和导线长度L三者的乘积． F＝BIL
不受力 受力较小 受力最大
2.安培力的方向: 用左手定则来判定： 伸开左手．使大拇指跟其余四个手指垂直．并且都跟手 掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入 手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
T T F
由左手定则, 电流方向应向右.
mg
mg
例２ 平行光滑导轨宽度为L，导线平面与水平面 夹角α，在导轨回路中有电动势为Ｅ、内阻为r的电 池，回路其他电阻均集中在R，如图（1）所 示．一根质量为m、长为L的金属棒ab水平置于导 轨平面上，在磁场作用下保持静止． 试求： （ 1 ）如果匀强磁场垂直于 导轨平面向下，
α α
练应强度。天平的右臂下面 挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场 中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通有电流I(方向如图)时， 在天平左、右两边加上质量各为m１、m２的砝码，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 平重新平衡。由此可知( B ) (A)磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m１-m２)g/NI L (B)磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NI L (C)磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m１-m２)g/NI L (D)磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/2NI L
例1. 如图所示, 在磁感应强度为1T的匀强磁场 中, 有两根相同的弹簧, 下面挂一条长0.5m, 质 量为0.1kg的金属棒MN, 此时弹簧伸长10cm, 欲 使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方 向如何?
高二物理专题练习-4.-通电导线受安培力作用问题分析
第4课时 通电导线受安培力作用问题分析一． 知识点：安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学知识联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定；求解时注意对力学中静力学、动力学及功和能等有关知识的综合应用．“电学问题，力学方法”1. 与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用：(1)闭合电路欧姆定律； (2)安培力公式F ＝ILB ； (3)物体平衡条件．【例1】如图，直线ab 质量不计，放在水平平行的光滑轨道上，匀强磁场B=0.2T ，方向 竖直向下，ab 长10cm ，当对ab 施加一个大小为0.04N 水平向左的外力时，ab 恰好静止，已知电源内阻为1Ω，R 1=8Ω，棒ab 电阻为4Ω，求：电源的电动势的大小。
2.受安培力的平衡问题：① 在安培力作用下的物体平衡的解决步骤和前面学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．② 会画从某角度看的正视图：【例3】如图所示，金属杆ab 的质量为m ，长为L ，通过的电流为I ，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，结果ab 静止在水平导轨上。
若磁场方向与水平导轨成θ角，求：（1）棒ab 受到的摩擦力； （2）棒对导轨的压力。
【例4】在倾斜角为θ的光滑斜面上，置一通有电流I ，长为L ，质 量为m 的导 体棒，如图所示，在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B 为 _________.引申1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B 的最小值为________, 方向________.引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压力, 外加磁场的磁感应强度B 的最小值为 _________, 方向________.引申3：分析棒有可能静止在斜面上且要求磁感应强度垂直L时，应外加磁场的方向范 Ba bθ围。
高中物理新选修课件安培力的应用
安培力的大小可以通过公式F=BIL来计算，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强 度，L为导线在磁场中的有效长度。
安培力方向
安培力的方向可以用左手定则来判断，即伸开左手，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。
03
动生和感生电动势的计算方法
根据法拉第电磁感应定律和洛伦兹力公式，可以推导出动生和感生电动
势的计算公式，从而计算出相应的电动势大小。
03
安培力在磁场中运动规律
洛伦兹力与霍尔效应
洛伦兹力
运动电荷在磁场中所受到的力，其方向垂直于磁场方向和电 荷运动方向所构成的平面，遵循左手定则。
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直 于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两 端产生电势差。
通过测量磁通量的变化率，可以计算出感应电动势的大小，从而了解电磁感应现 象的本质和规律。
动生和感生电动势计算
01 02
动生电动势
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生动生电动势。动生电动势的大 小与导体的运动速度、磁场的磁感应强度以及导体与磁场的相对角度有 关。
感生电动势
当磁场发生变化时，会在导体中产生感生电动势。感生电动势的大小与 磁通量的变化率有关。
VS
无线电波接收
通过天线接收空中的电磁波，并将其转换 为高频电流。接收过程中的关键元件包括 接收器、解调器和放大器等。通过解调器 将高频信号还原为原始信号，实现信息的 接收和识别。
05
实验：测量安培力大小和方向
实验目的和器材准备
实验目的
高考母题解读(九)磁场母题4安培力的应用
高考题千变万化，但万变不离其宗。
千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。
研究高考母题，掌握母题解法规律，使学生触类旁通，举一反三，可使学生从题海中跳出来，轻松备考，事半功倍。
母题4、安培力的应用【解法归纳】安培力可以作为动力使用。
典例（2011新课标理综）电磁轨道炮工作原理如图所示。
待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。
电流I从一条轨道流入，通过导电弹体从另一条轨道流回。
轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比。
通电的弹体在轨道上受到的安培力在作用而高速射出。
现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是【针对训练题精选解析】1.（2007年高考海南物理第15题）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。
炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。
开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。
设两导轨之间的距离w=0.10m，导轨长Ｌ＝5.0m，炮弹质量m=0.30kg。
导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。
可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为Ｂ＝2.0Ｔ，方向垂直于纸面向里。
若炮弹出口速度为v=2.0×103m/s，求通过导轨的电流I。
忽略摩擦力与重力的影响。
１．解析：在导轨通有电流Ｉ时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为Ｆ＝IwB ①设炮弹的加速度的大小为a，则有因而F=ma②炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而v 2=2aL ③联立①②③式得B w lmv I 221 ④ 代入题给数据得：I=0.6×105A ⑤2.（2008四川延考区理综）图为一电流表的原理示意图。
质量为m 的均质细金属棒MN 的中点处通过一绝缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连。
弹簧劲度系数为k 。
在矩形区域abcd 内有匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向外。
安培力的应用 上课用
3、单位:Nm
4、磁力矩的：M=NBIS
直Hale Waihona Puke 电动机的运转过程：推导:电动机的安培力的力矩 电动机的安培力的力矩 M=NBIScosа 线圈在磁场中受到安培力矩作用而 转动起来,这就是电动机转动的原 理
常见的直流电动机：
【知识介绍】
大多数微型和小型直流电动机是用永磁
铁提供磁场，而大型和超大型直流电动机是 用励磁电流来提供磁场的。
磁电式电流表的工作原理
⑴线圈所受的磁力矩 M 1 NBIS
当N、B、S一定时，有 M 1 I
⑵线圈转动时,受到弹簧的反 抗力矩 M k
2
⑶当线圈停在某一位置时, 合力矩为零,有 M 1 M 2 NSB NBIS k I k 若N、S、B、k一定时,θ∝I
2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而 线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大， 线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针 的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的 方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化， 所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流 的方向。
磁电式电流表 ［问题］磁电式电流表的构造
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
［问题］该磁场是否匀强磁场？ ［问题］该磁场的特点？
［问题］电流表的工作原 理
磁电式电流表 1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、螺旋弹 簧（游丝）、线圈、圆柱形铁芯、蹄形磁铁。
.
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
第一节 安培力的应用
一、直流电动机—— 电动机把电能转变成机械能
直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调节它的转 速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少需要调速的设 备，都采用直流电动机。如无轨电车和电气机车都用直流电动机。
安培力原理的应用
安培力原理的应用1. 什么是安培力原理？安培力原理是指通过电流在导线中产生的磁场对其他导体或磁体产生力的现象。
根据安培力原理，当电流通过导线时，会在其周围产生一个磁场，而这个磁场会对其他导体或磁体产生力。
2. 安培力原理的应用安培力原理在日常生活和工业领域中得到了广泛的应用，下面列举了一些常见的应用：•电动机：电动机是利用安培力原理工作的设备之一。
通过在导线中通过电流，产生磁场，在磁场中放置一个导体，则导体会受到施加在它上面的力，从而产生运动，实现电能转换为机械能。
•电磁铁：电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。
通过在铁芯上绕制导线，并通过电流，产生强磁场，以实现对铁制物体的吸附和释放，常用于起重吊运、电磁锁等方面。
•变压器：变压器是利用安培力原理来实现电能转换和调节的设备。
通过在一个闭合的铁芯上绕制两个相互绝缘的导线圈，通过其中一组导线圈中的电流产生磁场，从而在另一组导线圈中诱发电流，实现电能的转换和调节。
•磁悬浮列车：磁悬浮列车是一种利用安培力原理来实现悬浮和推进的交通工具。
通过在轨道上设置电磁线圈，产生磁场，使列车悬浮在轨道上。
同时，在列车下方的导轨上放置导体，通过电流产生的磁场相互排斥，实现列车的推进和驱动。
3. 安培力的计算公式安培力的大小可以使用以下公式来计算：\[ F = BIL \]其中，F表示安培力的大小，B表示磁场的强度，I表示通过导线的电流，L表示导线的长度。
根据这个计算公式，可以得出以下结论：•当磁场的强度增加时，安培力的大小也会增加。
•当通过导线的电流增大时，安培力的大小也会增加。
•当导线的长度增加时，安培力的大小也会增加。
4. 安培力的应用案例4.1 电磁铁的应用电磁铁是一种非常常见的应用安培力原理的设备。
它由一个铁芯和绕制在铁芯上的导线组成。
当电流通过导线时，产生的磁场使得铁芯具有磁性，从而可以实现对铁质物体的吸附。
电磁铁广泛应用于起重吊运、电磁锁、电磁制动等方面。
安培力应用实例
安培力应用实例安培力（Ampere's Law）是电磁学中的一个重要定律，描述了电流所产生的磁场的性质。
它是由法国物理学家安培（André-Marie Ampère）在19世纪初提出的。
安培力的应用非常广泛，下面将介绍几个实例。
1. 电磁铁：电磁铁是利用安培力的一个典型应用。
当电流通过线圈时，根据安培力的定律，会在线圈周围产生一个磁场。
这个磁场可以使铁磁材料被吸引，从而实现电磁铁的工作原理。
电磁铁广泛应用于电磁吸盘、电磁起重机等设备中。
2. 电流计：电流计是测量电流大小的仪器，其中一种常见的电流计就是基于安培力的工作原理。
根据安培力的定律，通过一个闭合回路的电流可以通过测量产生的磁场来确定。
电流计利用这个原理，通过测量磁场的大小来间接测量电流的强度。
3. 电感器：电感器是一种用于测量电感的仪器。
电感是指导线圈中储存磁能的能力。
根据安培力的定律，通过一个闭合回路的电流会在回路周围产生一个磁场，而磁场的强度与电流的大小成正比。
因此，通过测量电感器周围的磁场强度，可以确定电感的大小。
4. 电磁泵：电磁泵是一种利用安培力的装置，用于输送液体或气体。
电磁泵的工作原理是通过电流在线圈中产生的磁场来驱动液体或气体的流动。
根据安培力的定律，电流在线圈中产生的磁场会对液体或气体施加一个力，从而推动它们的流动。
5. 磁共振成像（MRI）：磁共振成像是一种医学影像技术，广泛应用于诊断和研究领域。
它利用安培力的原理来生成人体内部的详细图像。
在MRI中，通过在人体周围产生一个强磁场，然后通过改变磁场的强度和方向，利用安培力的定律来测量人体组织中的磁场分布，从而生成图像。
以上是安培力的几个应用实例。
安培力作为电磁学中的重要定律，不仅在理论研究中有着重要的地位，而且在实际应用中也发挥着重要的作用。
通过深入理解和应用安培力，我们可以更好地理解和利用电流所产生的磁场，推动科学技术的发展。
安培力的计算与应用课件
导电圆环所受安培力的大小为2BIR D．导
电圆环所受安培力的大小为2πBIRsin θ
15
【典例精析】 【多选】光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、
电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝20 cm的两段光滑圆弧导轨相接，一根
质量m＝60 g、电阻R＝1 Ω、长为L的导体棒ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如
高考物理之磁场大专题
第2讲 安培力的计算与应用
课时1：结论技巧梳理
1
知识梳理 安培力的计算公式：F＝BIL
I θ
B
2
B θ
3
L为有效长度：
4
易错模型：
5
安培力作用下的受力图具有立体性： 画正视图或侧视图
θ
6
7
安培力作做功特点和本质：
1 安培力做功与路径有关，这是与重力、电场力不同 的地方．
第2讲 安培力的计算与应用
课时2：题型典例讲解
海明物理 10
A
11
C
12
【典例精析】如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直
磁场放置，将AB两点接入电压恒定的电源两端，通电时电阻丝AB段受到的
安培力为F，则此时三根电阻丝受到的合安培力大小为( B )
A．F B．1.5F
C．2F
D．3F
图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T，当闭合开关S后，
导体棒沿圆弧导轨摆动，摆到最大高度时，细线与竖直方向成θ＝53°角，摆动过
程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导轨电阻不计，忽略导体
棒产生的反电动势，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g＝10 m/s2，则(
高中物理知识点安培力
高中物理知识点——安培力在学习物理的过程中，我们会接触到许多重要的概念和定律。
其中，安培力是一个非常重要的概念，它被广泛应用于电磁学和电路中。
本文将带您深入了解高中物理中的安培力，包括定义、公式及其应用。
一、安培力的定义：安培力是由电荷在磁场中受到的力，它是由法国科学家安培发现的，被命名为安培力。
安培力的方向垂直于电荷的速度和磁场的方向。
二、安培力的公式：安培力的表达式由以下公式给出：F = q * v * B * sinθ其中，F表示安培力，q是电荷的大小，v是电荷的速度，B是磁场的大小，θ是电荷速度与磁场之间的夹角。
三、安培力的应用：1. 电磁感应：根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁场中运动时，会感受到安培力的作用。
这个现象在发电机和电动机中得到广泛应用。
2. 电子运动：在电子运动过程中，如果电子在磁场中运动，会受到安培力的作用，这被称为霍尔效应。
霍尔效应可以用于测量磁场的强度和方向。
3. 轨道运动：当一个带电粒子在磁场中做轨道运动时，安培力可以改变粒子的轨道半径，这就是电子在磁场中的轨道运动。
它被应用于电子加速器和质谱仪等领域。
4. 电子束偏转：在电视和显示器中，电子通过被聚焦和偏转来形成图像。
安培力被用来控制电子束的偏转，以实现图像的显示。
5. 磁浮列车：磁浮列车是一种利用磁悬浮技术运行的交通工具。
在磁浮列车中，由于磁场的作用力，车厢将悬浮在轨道上，减小了与轨道的摩擦力，使得列车能够以较高的速度运行。
总结：安培力是在电荷运动中受到的力，它在物理学的许多领域中得到了广泛应用。
了解安培力的定义、公式和应用可以帮助我们更好地理解电磁学和电路的原理，并能够应用于实际问题的计算和解决。
它为我们探索电子运动、电磁感应等现象提供了基础。
更深入地研究和理解安培力的原理将使我们在物理学和电子学的学习和实践中更加熟练和灵活。
高二物理安培力的应用
通电导体在安培力作用下的平衡
如图3－4－7是一种测定磁感应强度B的装置， 在天平的一端挂个矩形线圈，它的底边放在待测的 匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈匝数 n＝10，底边长L＝20 cm.当线圈通0.2 A电流时， 天平达到平衡，然后保持电流大小不变，使电流反 向，此时发现天平左盘再加入Δm＝36 g的砝码才 能使天平平衡．求磁感应强度B的大小．(g取10 m/s2)
2． 由于 ab 和 cd 两边中的电流方向始终与磁场垂直， 所以 ab 和 cd 两边所受安培力不因线圈与磁场的夹 角的变化而不同，即 Fab＝Fcd＝BI ab . ad · cosθ 3． 安培力的力矩： M＝BI ab × × 2＝BIScosθ， 2 其中 S 为线圈所围的面积．若线圈为 n 匝，则 M＝ nBIScosθ.正是安培力的力矩才使线圈发生了转动．
度盘上的某一刻度，从刻度的指示数就可以测得
电流强度．
由M1＝M2可得
NBIS＝kθ，θ＝· I.
从公式中可以看出：
(1)对于同一电流表N、B、S和k为不变量，所
以θ∝I，可见θ与I一一对应，从而用指针的偏
角来测量电流强度I的值；
(2)因为θ∝I，θ随I的变化是线性的，所以表盘
的刻度是均匀的．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．(双选)关于磁电式电流表，下列说法中正确的 有( ) A．电流表的线圈处于匀强磁场中 B．电流表的线圈处于均匀辐向磁场中 C．电流表的线圈转动时，安培力不变 D．电流表指针的偏转角与所测电流成正比 解析：选BD.匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行 直线，A错；电流表的线圈转动时，所受安培力的 大小不变，方向变化，C错．
图 3－ 4－ 6
由于线圈由N匝串联而成，所以线框所受力矩应 为M1＝NBIS，电流表内的弹簧产生一个阻碍线圈 偏转的力矩，已知弹簧产生的弹性力矩M2与指针 的偏转角度θ成正比，即M2＝kθ，(其中k由弹簧 决定)当M1＝M2时，线圈就停在某一偏角θ上，固 定在转轴上的指针也转过同样的偏角θ，并指示刻
高中物理安培力在实际中的应用学法指导
高中物理安培力在实际中的应用一、安培力在电磁炮中的应用电磁炮就是利用通电导体在磁场中受到安培力作用，安培力推动导体加速运动，最终把导体以一定的速度发射出去的装置，关于电磁炮的考题，分析思路除了电磁规律外还要综合应用动力学解题思路，如牛顿运动定律和运动学公式及功能观点等。
例1. 图1所示是导轨式电磁炮实验装置示意图，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定。
其间安放金属滑块（即实验用弹丸），滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触．电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一根导轨流回电源，滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射，在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直纸面，其强度与电流的关系为B=kI ，比例常数k=2.5×10-6T ／A 。
已知两导轨内侧间距L=1.5cm ，滑块的质量m=30g ，滑块沿导轨滑行5m 后获得的发射速度v=3.0km ／s （此过程视为匀加速运动）。
（1）求发射过程中电源提供的电流；（2）若电源输出的能量有4%转化为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？解析：（1）由匀加速运动公式ax 2v v 202t =-得==x2v a 29×105m ／s 2。
由安培力公式和牛顿第二定律得F=IBL=kI 2L ，又m a F =，因此A 105.8kLma I 5⨯==。
（2）滑块获得的动能是电源输出能量的4%，即2mv 21%4t P =⨯△，发射过程中电源供电时间为△s 1031a v t 2-⨯==，所需电源输出功率为=P W 100.1%4t mv 2192⨯=⋅△，由功率IU P =解得输出电压V 102.1IP U 3⨯==。
二、安培力在电磁泵中的应用磁流体动力泵简称电磁泵是利用安培力做动力，来传输导电液体（如液态金属、血液等）的装置，此装置不需要动力组件，关于此装置的考题，分析思路是：先分析导电液体所受安培力，再分析此安培力产生的附加压强，正是此附加压强推动导电液体流动或象水泵一样把导电液体抽到高处。
安培力的综合应用课件
[跟踪训练1] 如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m,长为l的金属棒
ab悬挂在c,d两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后,两悬
线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上,所需的
磁场的最小磁感应强度的大小、方向,下列说法中正确的是(
)
D
A. mg tan θ,竖直向上 Il
安培力的综合应用
类型一 安培力作用下的平衡问题
[例1] 如图所示,两平行金属导轨间距L=1 m,导轨与水平面成θ=37°,导 轨电阻不计.导轨上端连接有E=6 V,r=1 Ω的电源和滑动变阻器R.长度也 为L的金属棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好,金属棒的质量m=0.2 kg, 电阻R0=2 Ω,整个装置处在竖直向上磁感应强度为B=1.5 T的匀强磁场中, 金属棒一直静止在导轨上.(g取 10 m/s2, sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:
(1)当金属棒刚好与导轨间无摩擦力时,接入电路中的滑动变阻器的阻值 R多大; (2)当滑动变阻器接入电路的电阻为R=5 Ω时金属棒受到的摩擦力.
题干关键
导轨电阻不计
竖直向上的匀强磁场 金属棒刚好与导轨间无摩 擦 滑动变阻器接入电路的电 阻R=5 Ω 时
获取信息
电路的总电阻为电源内阻,金属棒电 阻和滑动变阻器接入电阻
C. mg sin θ,平行悬线向下 Il
B. mg tan θ,竖直向下 Il
D. mg sin θ,平行悬线向上 Il
解析:当所加磁场的磁感应强度最小时,金属棒平衡时所受的安培力 F 有最小 值.由于棒的重力恒定,悬线拉力的方向不变,由力的矢量三角形可知,当安培 力与绳子的拉力垂直时安培力最小,如图所示,即 Fmin=mgsin θ.有 IlBmin= mgsin θ,得 Bmin= mg sin ,由左手定则知所加磁场的方向平行悬线向上.故 D
安培力的应用课件
处处磁场强弱相同，但处 处磁场方向不同正) 视图为 ②导线所在处磁场强弱相
同， 导线受力大小相同
导线所在处受力方向不同，
但安培力产生的力矩相同
＊磁电式电流表工作原理
由左手定则知受力如图所示：
力矩：
若线框匝数为N， 弹簧的反抗力矩： 当 M= M’时线圈平衡，有 θ∝I 根据偏角 θ 的大 小
FA
FB
1
2
FB 3 ＊力矩为零，由于惯性继续转动
FB2 ＊力矩小些，转动效果差些
③直流电动机的转动
＊怎样才能使线圈 在输入直流电时持 续转动，成为电动
机？
＊直流电动机的输入电压 改变即了改变输入电流， 就可以改变电动机的转速。
突出优点
第四节 安培力的应用 常见的直流电动机：
【说明】 大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而
a
d
AD
b
c
O’
3、直流电动机的原理
①通电线圈在磁场中受力分析 FA1
FA
FB
1
2
F
左
F
FA右
3
FB
FB
③安培力产生的力矩 M1 ∝I
而被扭转的小弹簧产生的力
矩M2 ∝θ， 当 M1= M2 时线圈平衡，有 θ∝I 根据偏角θ的大小可知
电流I 的大小
④如何提高电流表的灵敏度 ？(相同的输入电流线圈更 容易偏转)
＊磁电式电流表工作原理
eg: 要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采用的办法有
()Βιβλιοθήκη A、增加线圈匝数B、增加永久性磁铁的磁感应强度
C、换用弹性较强的游丝，增大反抗力矩
D、增加线圈的面积 E、减小转轴处摩擦
高二物理安培力的应用
1-75 1
第四节 安培力的应用 直流电动机的运转过程：
1-75
2
第四节 安培力的应用 常见的直流电动机：
【说明】
大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而
大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。
1-75 3
大型和超大型直流电机的生产和维修
1-75
4
大型和超大型直流电机的生产和维修
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面还有一大片可以灌溉的肥沃水田呢。所以，即使大量坡地上的所有作物全都颗粒无收，水田里收的粮食也好歹能对付上一阵 子。仅就这一点，已经很让周围全旱地村庄的人们羡慕不已了。总之，这里虽然说不上有多么富庶，但乡民们靠着勤劳耕种， 过着有滋有味、简单而快乐的小日子，倒也自由自在，并不在乎岁月的流逝。事实上，小镇上的多数人家所关心的，只是四季 的交替和庄稼长的好坏；所期盼的，除了能够有一个风调雨顺的好年景之外，再就是家里的老人们都身体硬硬朗朗的，娃儿们 都聪明伶俐，健健康康地快快长大，以及那一个个繁华热闹的“三六九”集市日了。倘若站在高处远远望去，这个小镇连同青 石山、清泉池和一片树林，看起来就像是一只展翅欲飞的凤凰。串联起近千户人家房舍的十字大街是她的身子和双翅；镇子北 面的青石山恰好是她头顶上的漂亮羽冠；青石山西南方向的清泉池，犹如她闪动着的美丽大眼睛；而镇子南面的那一片繁茂的 树林子，就恰似她那异常美丽的凤尾了。此外，在这只凤凰的左翼下，有一条长年流淌的小河；由北至南潺潺而下的清清河水， 更为这只神奇的“展翅凤凰”增添了无限遐想。北街上，有一个北方农村并不多见，但很是像模像样的铁匠铺。铁匠铺的铺面 是五间板房，通红的炉火每日里都在呼呼地燃烧着，丁丁噹噹的打造声常年不断。由于几位师傅们终日里面对着通红的炉火和 炙热的铁块儿，加之干的也都是重体力活儿，所以总是汗流浃背的，即使在冬日里，也几乎只是穿着单衣。虽然这些师傅们黝 黑的脸上经常会有一些横七竖八的黑道道，看起来活像戏里的大花脸，不甚雅观，但他们的手艺却是相当说得过去的。大到铡 刀、铁锹、锄头、菜刀，小到剪刀、锥子、缝衣针，没有他们做不来的。在铁匠铺的旁边，是一个只有三间铺面的石匠铺。铺 子里边，靠墙立着三个宽大结实的木柜，里面摆放着几位石匠师傅的杰作：有各种小巧玲珑的动物、供观赏的小石磨、小石碾、 小石磙。偶尔地，也会有人来铺子里观光，饶有兴致地欣赏一番之后，也许会掏腰包买上一两件石头玩艺儿带给自家的娃儿们 玩，或者放在家里作为观赏品什么的。几位石匠师傅都是小镇周围村里的农民。农忙时，他们就回家种地去了。每逢这个时候， 如果十里八乡的村民们想打一个石磨，一个石碾子，或者打一对儿院门前的石狮子的话，就必须自家准备石材，然后亲自到师 傅家去请师傅，如果与师傅比较熟悉的话，就托人捎个口信儿，师傅就会到主家去打造制作，真正在铺子里做活计的情况并不 多见。农闲了，师傅们就再来铺子里，有活就干活，没活就悠闲地蹲在铺子外面晒太阳、聊闲天，或者一边随心所欲地雕刻一 些石头玩意儿，一边等候顾客的光临。靠近十
高中物理 3-4 安培力的应用课件 粤教版选修3-1
大线圈面积和匝数．
二、磁电式电表的工作原理及特点 1．工作原理 如图3－4－5所示，在磁性很强的蹄形磁铁的两极间有一个 固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，在铝框 上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈 的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流 入线圈．
图3－4－9
解析 由于铝盘是良好的导体，我们可以把铝盘看成是由 许多条金属棒拼合而成(可以与自行车轮胎上的辐条类比)．接通 电源后，电流从铝盘中心O处流向盘与导电液的接触处，从导电 液中的引出导线流出，而这股电流恰好处在一个与电流垂直的 磁场中，由左手定则可以判断出它受到一个与盘面平行的安培 力作用，这个力对转轴的力矩不为零，所以在通电后铝盘开始 转动起来．如果对铝盘通一恒定的电流，则铝盘就会不停地转 动下去，当阻力的力矩与安培力的力矩相等时铝盘就匀速转 动．不难看出，要改变铝盘的转动方向，我们可以改变电流方 向或是改变磁场的方向．
图3－4－8
解析 本题考查电流表的工作原理，可根据力矩平衡条件解 答．电流表的指针偏转80°时，螺旋弹簧的阻碍力矩为M2＝kθ＝ 1.5×10－，满偏时通电线圈所受磁场的作 用力矩为
M1＝nBIgS ＝100×1×2.5×10－2×2.4×10－2Ig ＝6.0×10－2Ig.
答案 C
借题发挥
正确理解θ＝
NBS k
I和全电路欧姆定律是解答本类
题的前提．
【变式2】 电流表的矩形线圈数n＝100匝，矩形线圈处在磁 场中的两条边长为L1＝2.5 cm，另两条边长为L2＝2.4 cm，指针 每转过1°，螺旋弹簧产生的阻碍力矩k＝1.5×10－8 N·m，指针的 最大偏转角为80°，已知电流表磁极间沿辐向分布的匀强磁场的 磁感应强度B＝1.0 T(如图3－4－8所示)，求该电流表的满偏电流 值(即电流量程)多大？
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微型专题4 安培力的应用[学科素养与目标要求]物理观念：1.会用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向.2.知道电流元法、等效法、结论法、转换研究对象法.科学思维：1.会利用电流元法、等效法、结论法分析导体在安培力作用下的运动和平衡问题.2.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的判断1.电流元法即把整段电流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,从而判断出整段电流所受合力的方向.2.特殊位置法把通电导体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的方向.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)两电流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)两电流不平行时,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、中、右三部分.中间一段开始时电流方向与磁场方向一致,不受力；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.当转过一定角度时,中间一段电流不再与磁场方向平行,由左手定则可知其受力方向向下,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,此类问题可按下列步骤进行分析：(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.学科素养例1根据安培力的方向来判断导体的运动方向.这是基于事实证据进行科学推理,锻炼了推理能力.针对训练1 (2018·扬州中学高二期中)如图2所示,通电直导线ab位于两平行导线横截面M、N的连线的中垂线上.当平行导线M、N通以同向等值电流时,下列说法中正确的是( )图2A.ab顺时针旋转B.ab逆时针旋转C.a端向外,b端向里旋转D.a端向里,b端向外旋转答案 C解析首先分析出两个平行电流在直导线ab处产生的磁场情况,如图所示,两电流产生的、在直导线ab上部分的磁感线方向都是从左向右,则ab上部分电流受到的安培力方向垂直纸面向外；ab下部分处的磁感线方向都是从右向左,故ab下部分电流受到的安培力方向垂直纸面向里.所以,导线的a端向外旋转,导线的b端向里旋转.例2 如图3所示,条形磁铁放在桌面上,一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,导线保持与磁铁垂直,导线的通电方向如图所示.则这个过程中磁铁受到的摩擦力(磁铁保持静止)( )图3A.为零B.方向由向左变为向右C.方向保持不变D.方向由向右变为向左答案 B解析磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极,是曲线,直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中,通电导线的受力由左上方变为正上方再变为右上方,根据牛顿第三定律知,磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方,磁铁静止不动,所以所受摩擦力方向由向左变为向右,B正确.点拨定性分析磁体在电流产生的磁场中的受力和运动时,可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力,然后由牛顿第三定律,再确定磁体所受电流的作用力.二、安培力作用下的平衡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3 如图4甲所示,一对光滑平行金属导轨与水平面成α角,两导轨的间距为L,两导轨顶端接有电源,将一根质量为m的直导体棒ab垂直放在两导轨上.已知通过导体棒的电流大小恒为I,方向由a到b,图乙为沿a→b方向观察的侧视图.若重力加速度为g,在两导轨间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在导轨上保持静止.图4(1)请在图乙中画出导体棒受力的示意图； (2)求出导体棒所受的安培力大小；(3)保持通过导体棒的电流不变,改变两导轨间的磁场方向,导体棒在导轨上仍保持静止,试求磁感应强度B 的最小值及此时的方向.答案 (1)见解析图 (2)mgtanα (3)mgsinαIL 垂直导轨斜向上解析 (1)如图甲所示(2)由平衡条件,磁场对导体棒的安培力F ＝mgtanα(3)当安培力方向平行于导轨斜向上时,安培力最小,磁感应强度最小, 由平衡条件知,最小安培力F min ＝mgsinα,即BIL ＝mgsinα 则最小的磁感应强度B ＝mgsinαIL由左手定则知磁感应强度方向垂直导轨斜向上针对训练2 如图5所示,用两根绝缘细线将质量为m 、长为l 的金属棒ab 悬挂在c 、d 两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从a 到b 的电流I 后,两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上,所需磁场的最小磁感应强度的大小和方向为(重力加速度为g)( )图5A.mgIltanθ,竖直向上 B.mgIltanθ,竖直向下 C.mgIlsinθ,平行于悬线向下 D.mgIlsinθ,平行于悬线向上答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小,应使棒平衡时所受的安培力有最小值.由于棒的重力恒定,悬线拉力的方向不变,由受力分析可知,安培力与拉力方向垂直时有最小值F min ＝mgsinθ,即IlB min ＝mgsinθ,得B min ＝mgIlsinθ,方向应平行于悬线向上,故选D.点拨 解决安培力作用下的受力平衡问题,受力分析是关键,解题时应先画出受力分析图,必要时要把立体图转换成平面图.1.(安培力作用下导体运动方向的判断)如图6所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N 极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面.当线圈内通以图示方向的电流(从右向左看沿逆时针方向)后,线圈的运动情况是( )图6A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动答案 A解析 将环形电流等效成小磁针,如图所示,根据异名磁极相互吸引知,线圈将向左运动,也可将左侧条形磁铁等效成环形电流,根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥”也可判断出线圈向左运动,故选A.2.(安培力作用下导体运动方向的判断)一直导线(不计重力)平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图7所示,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a 到b 的电流,则导线ab 受到安培力的作用后的运动情况为( )图7A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管答案 D解析先由安培定则判断通电螺线管的南、北两极,找出导线左、右两端磁感应强度的方向,并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向,如图甲所示.可以判断导线受到磁场力作用后从上向下看按逆时针方向转动,再分析导线转过90°时导线位置的磁场方向,再次用左手定则判断导线所受磁场力的方向,如图乙所示,可知导线还要靠近螺线管,所以D正确,A、B、C错误.3.(安培力作用下的平衡)(多选)如图8所示,在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时磁铁对水平面的压力为F N1,现在磁铁左上方位置固定一导体棒,当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后,磁铁对水平面的压力为F N2,则以下说法正确的是( )图8A.弹簧长度将变长B.弹簧长度将变短C.F N1＞F N2D.F N1＜F N2答案BC4.(安培力作用下的平衡)(2018·盐城市阜宁县高二上学期期中)如图9所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m、质量为6×10－2kg的通电直导线,电流大小I＝1A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动.图9(1)整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4T、方向竖直向上的磁场中.设t＝0时,B＝0,则需要多长时间,斜面对导线的支持力为零？(sin37°＝0.6,cos37°＝0.8,g取10m/s2)(2)整个装置放在竖直平面内的匀强磁场中,若斜面对导线的支持力为零,求磁感应强度的最小值及其方向.答案(1)5s (2)1.2T 方向平行斜面向上解析(1)斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示.由平衡条件得Tcos37°＝FTsin37°＝mg联立两式解得F＝mgtan37°＝0.8N由F＝BIL得B＝FIL＝2T由题意知,B与t的变化关系为B＝0.4t代入数据得t＝5s(2)导线在重力、绳的拉力和安培力的作用下保持平衡,当安培力与斜面垂直时,B有最小值B1,则有：B1IL＝mgcos37°解得B1＝1.2T,方向平行斜面向上.一、选择题考点一安培力作用下导体的运动1.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的导电液体面相接触,并使它组成如图1所示的电路图.当开关S接通后,将看到的现象是( )图1A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动答案 C解析因为通电后,弹簧中每一圈的电流都是同向的,互相吸引,弹簧缩短,电路就断开了,断开后没电流了,弹簧掉下来接通电路……如此通断通断,弹簧上下跳动.2.固定导线c垂直纸面,可动导线ab通以如图2所示方向的电流,用测力计悬挂在导线c的上方,导线c中通以如图所示的电流时,以下判断正确的是( )图2A.导线a端转向纸外,同时测力计读数减小B.导线a端转向纸外,同时测力计读数增大C.导线a端转向纸里,同时测力计读数减小D.导线a端转向纸里,同时测力计读数增大答案 B解析导线c中电流产生的磁场在右边平行纸面斜向左上,在左边平行纸面斜向左下,在ab左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向外,右边的电流元所受安培力方向向里,知ab导线逆时针方向(从上向下看)转动.当ab导线转过90°后,两导线电流为同向电流,相互吸引,导致测力计的读数变大,故B正确,A、C、D错误.3.两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动,设大小不同的电流按如图3所示的方向通入两铝环,则两环的运动情况是( )图3A.都绕圆柱体转动B.彼此相向运动,且具有大小相等的加速度C.彼此相向运动,电流大的加速度大D.彼此背向运动,电流大的加速度大答案 B解析同向环形电流间相互吸引,虽然两电流大小不等,但根据牛顿第三定律知两铝环间的相互作用力大小必相等,选项B正确.4.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光滑转轴O转动(O为L2的中心),各自的电流方向如图4所示.下列哪种情况将会发生( )图4A.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按逆时针方向转动答案 D解析由右手螺旋定则可知导线L1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,磁感应强度越弱,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选项对.考点二安培力作用下的平衡5.如图5所示,一重为G1的通电圆环置于水平桌面上,圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看),在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁,磁铁的中心轴线通过圆环中心,磁铁的上端为N极,下端为S极,磁铁自身的重力为G2.则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F′的大小,下列关系中正确的是( )图5A.F＞G1,F′＞G2B.F＜G1,F′＞G2C.F＜G1,F′＜G2D.F＞G1,F′＜G2答案 D解析顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的小磁针,由安培定则可知,小磁针的N极向下,S极向上,故与磁铁之间的相互作用力为斥力,所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1,磁铁对轻绳的拉力F′将小于磁铁的重力G2,选项D正确.6.(多选)质量为m的金属细杆置于倾角为θ的光滑导轨上,导轨的宽度为d,当给细杆通以如图A、B、C、D所示的电流时,可能使杆静止在导轨上的是( )答案 AC解析 A 图中金属杆受重力、沿导轨向上的安培力和支持力,若重力沿导轨向下的分力与安培力大小相等,细杆可能静止,故A 正确.B 图中金属杆受重力和导轨的支持力,二力不可能平衡,故B 错误.C 图中金属杆所受重力、竖直向上的安培力大小相等时,则二力平衡,不受支持力即可达到平衡,故C 正确.D 图中金属杆受重力、水平向左的安培力和支持力,三个力不可能达到平衡,故D 错误.7.(多选)如图6所示,一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙斜面上,置于图示方向的匀强磁场中,处于静止状态.现增大电流,导体棒仍静止,则在增大电流过程中,导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是( )图6A.一直增大B.先减小后增大C.先增大后减小D.始终为零答案 AB解析 若F 安＜mg sin α,则摩擦力向上,因安培力向上,当F 安增大时,f 先减小到零,再向下增大；若F 安＞mgsin α,摩擦力向下,随F 安增大而一直增大；若F 安＝mgsin α,摩擦力为零,随F 安增大摩擦力向下一直增大.故选A 、B.8.(多选)如图7,质量为m 、长为L 的直导线用两绝缘细线悬挂于O 、O ′,并处于匀强磁场中.当导线中通以沿x 轴正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ,重力加速度为g.则磁感应强度方向和大小可能为( )图7A.z 轴正方向,mgIL tanθB.y 轴正方向,mgILC.z 轴负方向,mgIL tanθD.沿细线向下,mgILsinθ答案 BCD解析 磁感应强度方向为z 轴正方向时,根据左手定则,直导线所受安培力方向沿y 轴负方向,不符合题意,所以A 错误；磁感应强度方向为y 轴正方向时,根据左手定则,直导线所受安培力方向沿z 轴正方向,根据平衡条件,当BIL 刚好等于mg 时,细线的拉力为零,B ＝mgIL,所以B 正确；磁感应强度方向为z 轴负方向时,根据左手定则,直导线所受安培力方向沿y 轴正方向,根据平衡条件BIL ＝mgtanθ,所以B ＝mgILtanθ,所以C 正确；磁感应强度方向沿悬线向下时,根据左手定则,直导线所受安培力方向垂直于细线斜向上,根据平衡条件：F ＝mgsinθ,得：B ＝mgsinθIL,故D 正确.9.一条形磁铁静止在斜面上,固定在磁铁中心的竖直上方的水平导线中通有垂直纸面向里的恒定电流,如图8所示.若将磁铁的N 极位置与S 极位置对调后,仍放在斜面上原来的位置,则磁铁对斜面的压力F 和摩擦力f 的变化情况分别是( )图8A.F 增大,f 减小B.F 减小,f 增大C.F 与f 都增大D.F 与f 都减小答案 C解析 题图中电流与磁体间的磁场力为引力,若将磁极位置对调则相互作用力为斥力,再由受力分析可知选项C 正确.10.(2018·洛阳市高二第一学期期末)如图9所示,三根长为L 的平行长直导线的横截面在空间构成等边三角形,电流的方向垂直纸面向里.电流大小均为I,其中A 、B 电流在C 处产生的磁感应强度的大小均为B 0,导线C 位于水平面处于静止状态,则导线C 受到的静摩擦力是( )图9A.3B 0IL,水平向左B.3B 0IL,水平向右C.32B 0IL,水平向左 D.32B 0IL,水平向右 答案 B解析 A 、B 电流在C 处产生的磁感应强度的大小均为B 0,作出磁感应强度的合成图如图所示,根据力的平行四边形定则,结合几何关系,则有B C ＝3B 0；再由左手定则可知,安培力方向水平向左,大小为F ＝3B 0IL,由于导线C 处于静止状态,所以导线C 受到的静摩擦力大小为3B 0IL,方向水平向右,故选B.11.(多选)在同一光滑斜面上放同一导体棒,如图10所示是两种情况的剖面图.它们所处空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场,但方向不同,一次垂直斜面向上,另一次竖直向上,两次导体棒A 分别通有电流I 1和I 2,都处于静止平衡状态.已知斜面的倾角为θ,则( )图10A.I 1∶I 2＝cosθ∶1B.I 1∶I 2＝1∶1C.导体棒A 所受安培力大小之比F 1∶F 2＝sinθ∶cosθD.斜面对导体棒A 的弹力大小之比N 1∶N 2＝cos 2θ∶1 答案 AD解析 分别对导体棒受力分析,如图所示,利用平衡条件即可求解第一种情况：F 1＝BI 1L ＝mgsin θ,N 1＝mgcos θ 解得：I 1＝mgsin θBL第二种情况：F 2＝BI 2L ＝mgtan θ,N 2＝mgcos θ解得：I 2＝mgtan θBL所以F 1F 2＝BI 1L BI 2L ＝I 1I 2＝si n θtan θ＝cos θ,N 1N 2＝cos θ1cos θ＝cos 2θ可见,A 、D 正确,B 、C 错误. 二、非选择题12.(2018·平顶山、许昌、汝州高二上学期第二次联考)如图11所示,两平行金属导轨间的距离L ＝0.4m,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＝0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.5Ω的直流电源.现把一个质量m＝0.04kg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＝2.5Ω,金属导轨电阻不计,g取10m/s2.已知sin37°＝0.6,cos37°＝0.8,求：图11(1)通过导体棒的电流大小；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力大小.答案(1)1.5A (2)0.3N (3)0.06N解析(1)根据闭合电路欧姆定律I＝ER0＋r＝1.5A.(2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.3N.(3)对导体棒受力分析如图所示,将重力分解有F1＝mgsin37°＝0.24N,F1＜F安,根据平衡条件,mgsin37°＋f＝F安,解得f＝0.06N.13.(2018·天津六校高二第一学期期末)如图12所示,两光滑平行金属导轨间的距离L＝0.4m,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,分布着方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场.现把一个质量m＝0.04kg的导体棒ab垂直放在金属导轨上,当接通电源后,导轨中通过的电流恒为I＝1.5A 时,导体棒恰好静止,g取10m/s2.已知sin37°＝0.6,cos37°＝0.8,求：图12(1)磁场的磁感应强度为多大？(2)若突然只将磁场方向变为竖直向上,其他条件不变,则磁场方向改变后的瞬间,导体棒的加速度为多大？答案(1)0.4T (2)1.2m/s2解析(1)导体棒受力如图甲所示,建立直角坐标系如图根据平衡条件得：F安－mgsin37°＝0而F安＝BIL解得B＝0.4T(2)导体棒受力如图乙所示,建立直角坐标系如图根据牛顿第二定律得：mgsin37°－F安′cos37°＝maF安′＝BIL解得：a＝1.2m/s2即导体棒的加速度大小为1.2m/s2,方向沿斜面向下.。