高中物理第11章静磁场论 微型专题能力突破 29(安培力的应用)

高中物理第11章静磁场论微型专题能力突破29

安培力的应用

Lex Li

一、安培力作用下导体运动方向的判断方法

1.1．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．

1.2．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．

1.3．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．

1.4．转换研究对象法

因为电流之间、电流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．

例1如图所示，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) () A．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

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．当通过如图所示的电流时(同时通电)，从左向右看，线圈将()

A．顺时针转动，同时靠近直导线AB

B．顺时针转动，同时离开直导线AB

C．逆时针转动，同时靠近直导线AB

D．不动

二、安培力作用下导体的平衡

2.1．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．

2.2．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1 m的平行导轨上垂直导轨放一质量为0.3 kg的金属棒ab，ab中有由b→a、I＝3 A的电流，磁场方向竖

直向上，这时金属棒恰好静止．求：(g＝10 m/s2)

(1)匀强磁场磁感应强度的大小；

(2)ab棒对导轨的压力．

针对训练2如图所示，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() A．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

例3如图所示，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) ()

A．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

三、安培力和牛顿第二定律的综合

例4 如图所示，光滑的平行金属导轨倾角为θ，间距为L ，处在竖直向下的磁感应强度为B 的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E 、内阻为r 的直流电源．电路中有一阻值为R 的电阻，其余电阻不计，将质量为m 、长度为L 的导体棒由静止释放，导体棒的两端与导轨接触良好，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小．(重力加速度为g )

01．(安培力作用下导体的运动)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所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是 ( )

A ．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

02. (安培力作用下导体的运动)一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，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 ( )

A ．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

03．(安培力作用下的平衡)(多选)如图所示，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N 1，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N 2，则以下说法正确的是 ( )

A ．弹簧长度将变长

B ．弹簧长度将变短

C ．N 1＞N 2

D ．N 1＜N 2

04．(安培力作用下的平衡)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，则所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方

向为 ( )

A.mg Il tan θ，竖直向上

B.mg Il tan θ，竖直向下

C.mg Il sin θ，平行于悬线向下

D.mg Il sin θ，平行于悬线向上