2017-2018学年高二物理电学专题提升专题25安培力作用下的平衡问题

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1、专题25安培力作用下的平衡问题一：专题概述安培力作用下导体的平衡通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定。因此解题吋一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示。二：典例精讲典例1：如图所示，金属棒恵v两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由〃向用的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为〃.如果仅改变下列某一个条件，〃角的相应变化情况是().A.棒中的

2、电流变大，0角变大B.两悬线等长变短，°角变小C.金属棒质量变大，〃角变大D.磁感应强度变大，〃角变小【答案】A【解析】选金属棒朋V为研究对象，其受力情况如图所示.■0A:w:pnmg根据平衡条件及三角形知识可得tan0=—.所以当棒中的电流人磁感应强度〃变大时，〃角变大，选mg项A正确，选项D错误；当金展棒质量刃变大时，〃角变小，选项C错误；〃角的大小与悬线长无关，选项B错误.典例2：如图所示，図和协V为水平平行放置的金属导轨，相距L=1m./WI'可接有一个电动势46V,内阻厂=1Q的电源和一只滑动变阻

3、器，导体棒“跨放在导轨上，棒的质量为刃=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量JQ0.3kg.棒与导轨的动摩擦因数为“=0.5（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计，g取10m/s2）,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下，为了使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值不可能是（）.【答案】D【解析】若电阻最大，电路电流最小，安培力就最小，由平衡条件有：肖?£=磁，再由闭合电路欧姆定律，可得滑动变阻器连入电路的阻值最大值Rq=5Q,所以滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是6Q,

4、选项D不可能.若电阻最小，电路电流最犬，安培力就最大，由平衡条件有：Tma風=磁+阳Q再由闭合电路欧姆定律，血=二^,可得滑动变阻器连入电路的阻值最小值加尸2Q,所以A、B、C是可能的.典例3：小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示.在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的读数为磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计.直铜条畀〃的两端通过导线与一电阻连接成闭合冋路，总阻值为用若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率y在磁场屮竖直向下运动，这时电子测

5、力计的读数为金，铜条在磁场屮的长度为厶(1)判断铜条所受安培力的方向，G和G哪个大.(2)求铜条匀速运动吋所受安培力的大小和磁感应强度的大小.【答案】⑴安培力方向竖直向上G>G；(2)H=G—G,3=丸G,R【解析】〔1)铜条未接入电路时：磁铁平衡，Gi=M抉贰D铜条匀速运动时：磁铁与铜条整体处于平衡状态，G=小②对铜条AB:匀速下落平衡F圭=虫龄g®由①*②可知由③式可知安培力方向与重力方向相反，竖直向上.(2)对铜条组成的回路：E=BLv=l唸铜条受到的安培力F^=BI庖由①②③可得F安=Gt—6i@由④⑤

6、⑥得：磁感应强度大小片三总结提升1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路2.求解关键(1)电磁问题力学化.(2)立体图形平面化.四提升专练1.(多选)如图所示，在等边三角形的三个顶点臼、方、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，方向垂直纸面向里.过c点的导线所受安培力的方向是().吃、「>上+右A.与臼方边平行，竖直向上B.与册边平行，竖直向下C.与曰力边垂直，指向左边D.与"边垂直，指向右边【答案】C【解析】先利用安培走则把导线“、力在心处所产生的磁场方向标出来，再合成，可知卞

7、处的磁场方向竖直向下，再利用左手定则可知c处导线所受安培力方向水平向左，C正确.2.一段长0.2叭通有2.5A电流的直导线，在磁感应强度为〃的匀强磁场屮所受安培力尸的情况，正确的是（）.A.如果〃=2T,尸一定是1NB.如果尸=0,〃也一定为零C.如果〃=4T,尸有可能是1ND.如果尸有最大值，通电导线一定与〃平行【答案】C【解析】如果B=2X,当导线与磁场方向垂直放置时，安培力最大，大小为e〃〃=2X2.5X0.2N=lN；当导线与磁场方向平行放置时，安培力尸=0；当导线与磁场方向成任意夹角放置时，0

8、,故选项A、B和D均错误；将厶=0.2m、1=2.5A>〃=4T、F=1N代入F=BILsin“，解得〃=30°,故选项C正确.3.（多选）如图所示，条形磁铁平放于水平桌而上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁场垂直，现给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是（）.®

9、SN

10、'llPA.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁对桌面的压力不变A.以上说法都