第二讲、 磁场对电流的作用
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第二讲、 磁场对电流的作用
课前双基回扣 以题挖点．回扣概念规律和方法
一、概念规律题组
1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，
下列说法中正确的是( ) ．
A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直
D．安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直
2．(2010苏北高二教学质量联合调研)下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，
其中正确的是( )
3．关于通电导线所受安培力F的方向，磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者必须保持相互垂直
B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直
C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直
D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直
4．一根长为0.2 m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是( )
A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0
二、思想方法题组
5．图1一个可以自由运动的线圈Ll和一个固定的线圈L2互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合．当两线圈都通过如图1所示方向的电流时，则从左向右看，线圈Ll ( )
A．不动
B．顺时针转动
C．逆时针转动
D．向纸外平动
6．质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，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2所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小． ．
核心考点突破 讲练结合、突破重点、热点和难点
一、安培力大小的计算及其方向的判断
1．安培力大小
(1)当I ┴ B时，F=BIL
(2)当I//B时，F=0
注意：(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图3所示)
(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．
2．安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面．
【例1】(2009·全国I)如图4所示，一段导线abed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，且么abe=么bed=1350．流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abed所受到的磁场的作用力的合力( )
A．方向沿纸面向上，大小为(+1)BIL
B．方向沿纸面向上，大小为(_1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(+1)BIL
D．方向沿纸面向下，大小为(_1)ILB
【例2】(2011·新课标·18)电磁轨道炮工作原理如图5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，通过导电弹体后从另一条轨道流回．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安培力的作用而高速射出．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()
A．只将轨道长度L变为原来的2倍 ‘
B．只将电流I增加至原来的2倍
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变
二、安培力作用下导体运动方向的判定
电流 元法
把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流 元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线 运动的方向．
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，然后判断其所受安 培力的方向，从而确定其运动方向
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
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；两不平行的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 流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
【例3】 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，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后。判断线圈如何运动?
三、安培力作用下通电导体的平衡问题
1．解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力．
2．画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键．
3．由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图化成平面图．
【例4】(2010·泉州模拟)如图7所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在平面与水平面夹角θ=370，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、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=4.5V、内阻r=0.50?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=2.5?，金属导轨电阻不计，g取10m/s2．已知sin370=0.60，cos370=0.80，求：(1)通过导体棒的电流；
(2)导体棒受到的安培力大小；
(3)导体棒受到的摩擦力．
课时效果检测 限时自测，测速度、练规范、提能力
【基础演练】
1．(2009海南卷·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( )
2．(2011·霸州模拟)如图所示，abed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( )
A．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
3．(2009重庆理综·19)在如图所示电路中，电池均相同，
当电键S分别置于a、b两处时，导线MM’与NN’之间
的安培力的大小为Fa、Fb，可判断这两段导线( )
A．相互吸引，Fa >Fb
B．相互排斥，Fa >Fb
C．相互吸引，FaD．相互排斥，Fa4．(广东高考)如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到
N，绳子的拉力均为F．为使F=0，可能达到要求
的方法的是( )
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
课前双基回扣 以题挖点．回扣概念规律和方法
一、概念规律题组
1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，
下列说法中正确的是( ) ．
A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直
D．安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直
2．(2010苏北高二教学质量联合调研)下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，
其中正确的是( )
3．关于通电导线所受安培力F的方向，磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者必须保持相互垂直
B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直
C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直
D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直
4．一根长为0.2 m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是( )
A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0
二、思想方法题组
5．图1一个可以自由运动的线圈Ll和一个固定的线圈L2互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合．当两线圈都通过如图1所示方向的电流时，则从左向右看，线圈Ll ( )
A．不动
B．顺时针转动
C．逆时针转动
D．向纸外平动
6．质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，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2所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小． ．
核心考点突破 讲练结合、突破重点、热点和难点
一、安培力大小的计算及其方向的判断
1．安培力大小
(1)当I ┴ B时，F=BIL
(2)当I//B时，F=0
注意：(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图3所示)
(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．
2．安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面．
【例1】(2009·全国I)如图4所示，一段导线abed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，且么abe=么bed=1350．流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abed所受到的磁场的作用力的合力( )
A．方向沿纸面向上，大小为(+1)BIL
B．方向沿纸面向上，大小为(_1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(+1)BIL
D．方向沿纸面向下，大小为(_1)ILB
【例2】(2011·新课标·18)电磁轨道炮工作原理如图5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，通过导电弹体后从另一条轨道流回．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安培力的作用而高速射出．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()
A．只将轨道长度L变为原来的2倍 ‘
B．只将电流I增加至原来的2倍
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变
二、安培力作用下导体运动方向的判定
电流 元法
把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流 元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线 运动的方向．
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，然后判断其所受安 培力的方向，从而确定其运动方向
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
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；两不平行的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 流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
【例3】 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，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后。判断线圈如何运动?
三、安培力作用下通电导体的平衡问题
1．解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力．
2．画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键．
3．由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图化成平面图．
【例4】(2010·泉州模拟)如图7所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在平面与水平面夹角θ=370，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、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=4.5V、内阻r=0.50?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=2.5?，金属导轨电阻不计，g取10m/s2．已知sin370=0.60，cos370=0.80，求：(1)通过导体棒的电流；
(2)导体棒受到的安培力大小；
(3)导体棒受到的摩擦力．
课时效果检测 限时自测，测速度、练规范、提能力
【基础演练】
1．(2009海南卷·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( )
2．(2011·霸州模拟)如图所示，abed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( )
A．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
3．(2009重庆理综·19)在如图所示电路中，电池均相同，
当电键S分别置于a、b两处时，导线MM’与NN’之间
的安培力的大小为Fa、Fb，可判断这两段导线( )
A．相互吸引，Fa >Fb
B．相互排斥，Fa >Fb
C．相互吸引，Fa
N，绳子的拉力均为F．为使F=0，可能达到要求
的方法的是( )
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场