第三章习题课安培力的应用

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1、习题课：安培力的应用［课时要求］1.会用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向.2•会分析导体在安培力作用下的平衡问题3会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度.题型探究一、安培力作用下导体运动方向的判断判断安培力作用下导体的运动方向，常有以下儿种方法：⑴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)特殊位置法把电流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方向，从而确定运动方向.(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

2、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；②两电流不平行吋，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电流Z间，电流与磁体Z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屮的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场屮受到的安培力，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1所示，把一重力不计的通电直导线力3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/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

3、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，将导线力3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，所以从上往下看字线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C选项正确.p-规律总结判斷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，此类问题可按下面步骤进行分析：(1)确定导体所在位置的磁场分布情况.(2)结合左手定则判

4、斷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.二、安培力作用下导体的平衡1.分析安培力作用下导体平衡问题的解题步骤⑴明确研究对象；(2)先把立体图改画成平面图，并将题屮的角度、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.分析求解安培力时筒要注意的问题(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，其中厶为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度.【例2】如图2所示，P0和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L=

5、lm.P、M间接有一个电动势为E=6V、内阻为r=lQ的电源和一只滑动变阻器，导体棒”跨放在导轨上，棒的质量为加=0.2kg,棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直)，物体的质量为M=0.3kg.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，glR10m/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的是()A.2QC.5QB.4QD.6Q答案D解析对导体棒，若安培力大于拉力，由平衡条件，BImaxL=fimg+Mgf解得厶诳=2A,由闭合电路欧姆定律，滑动变阻器连入电路的阻值最小值为2Q

6、;若安培力小于拉力，由平衡条件得，B/min厶+“加g=Mg,解得/min=1A,由闭合电路欧姆定律，滑动变阻器连入电路的阻值最大值为5Q;所以滑动变阻器连入电路的阻值不可能是6G,选项D正确.图3【例3】如图3所示，金属棒MN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，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&如杲仅改变下列某一个条件，&角的相应变化情况是（）A.金属棒中的电流变大，0角变大B.两悬线等长变短，0角变小C.金属棒质量变大，0角变大D.磁感应强度变大，〃角变小答案A解析选金属棒MN为研究对象，其受力情况如图所示.根据平衡条件及三角形知识可得tan

7、^=BIL加g，所以当金属棒中的电流/、礒感应强度〃变大时,&角变大，选项A正确，选项D错误；当金属棒质量〃？变大时，0角变小，选项C错误;&角的大小与悬线长短无关，选项B错误.三、安培力和牛顿第二定律的综合【例4】如图4所示，光滑的平行导轨倾角为〃，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为厂的直流电源.电路小有一阻值为7?的电阻，其余电阻不计，将质量为〃八长度为厶的导体棒由静止释放，求导