最新-2018版高中物理 54探究安培力课时讲练通课件 沪科版选修3-1 精品
高中物理选修31沪科版课件：5.4 探究安培力(共28张PPT)
)
的电流时,该 V 形通电导线受到的安培力大小为(
B.0.5BIL
A.0
D.2BIL
C.BIL
1
2
3
4
5
解析:V 形导线两部分的受力情况如图所示,其中 F=BIL,V 形导线受到的安
培力应为这两个力的合力,大小为 F 合=2Fcos60°=BIL,故选项 C 正确。
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
解析:安培力 F 总是与磁感应强度 B 和电流 I 决定的平面垂直,但 B 与 I(即
导线)可以垂直,也可以不垂直。通电导线受到安培力时,力 F 与磁场及力 F
与导线都是垂直的,故选项 A、C、D 错误,选项 B 正确。
当 B 与 I 平行时,F=0。
2.弯曲导线的有效长度 L,等于连接两端点直线的长度(如图所示);相应
的电流沿 L 由始端流向末端。
探究一
探究二
3.如图所示,若磁场和电流成 θ 角时,可以将磁感应强度 B 正交分解成 B
⊥=Bsin θ 和 B∥=Bcos θ,而 B∥对电流是没有作用的。
F=ILB⊥=ILBsin θ,即 F=ILBsin θ。
L1 将(
)
A.不动
B.顺时针转动
C.逆时针转动
D.向纸面内平动
探究一
探究二
解析:方法一:等效分析法。把线圈 L1 等效为小磁针,该小磁针刚好处于
环形电流 L2 的中心,通电后,小磁针的 N 极应指向该环形电流 L2 的磁场方向,
由安培定则知 L2 产生的磁场方向在其中心竖直向上,而 L1 等效成小磁针,
高中物理第5章磁场与回旋加速器5.4探究安培力课件沪科版选修31
图5-4-9
第二十八页，共32页。
【解析】 导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad＝( 2 ＋1)L， 故线段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝( 2 ＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为 a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．
【答案】 A
第二十九页，共32页。
特殊位 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安 置法 培力的方向，从而确定其运动方向
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 结论法 相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用
时，有转到平行且电流方向相同的趋势 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 转换 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 研究对 体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动 象法 方向
【答案】 C
第十八页，共32页。
左手定则应用的两个要点 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手 定则时，必须使拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直． (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手 掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向．
夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当
在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A．0
B．0.5BIL
C．BIL
D．2BIL
【解析】 V形通电导线的等效长度为L，故安培力的大小
为BIL，C正确． 【答案】 C
图5-4-8
第二十七页，共32页。
[合作探讨] 如图5-4-6所示，一根质量为m的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b 两点，棒的中端处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，电流方向如图所示，悬 线上的拉力为F.
高中物理(沪科版)选修3-1课时作业5.4探究安培力
1．在赤道上空，有一条沿东西方向水平架设的导线，当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线受到地磁场的作用力的方向为()A．向北B．向南C．向上D．向下【解析】导线中的自由电子自西向东沿导线定向移动时，形成的电流自东向西．赤道上空地磁场方向由南水平指向北，由左手定则可判断导线受到的安培力方向向下．答案为D.【答案】 D2．下列说法正确的是()A．放在匀强磁场中的通电导线一定受到恒定的磁场力作用B．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱C．磁场的方向就是通电导线所受磁场力的方向D．安培力的方向一定垂直磁感应强度和直导线所决定的平面【解析】由F＝BIL sin θ知，当θ＝0时，F＝0，故A错．F方向一定与B和I 所决定的平面垂直，所以D正确．【答案】 D3．如图5－4－9所示，一长直导线穿过载有恒定电流的金属圆环的中心且垂直于环所在的平面，导线和环中的电流方向如图所示，则圆环受到的磁场力为()图5－4－9A．沿环半径向外B．沿环半径向里C．水平向左D．等于零【解析】I2产生的磁场方向与I1的环绕方向平行，故圆环受到的磁场力为零，故D对．【答案】 D4．(2012·海南农垦中学检测)如图5－4－10所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流，线圈将会()图5－4－10A．纵向收缩，径向膨胀B．纵向伸长，径向膨胀C．纵向伸长，径向收缩D．纵向收缩，径向收缩【解析】通电线圈每匝视为一小磁体，且排列方向一致，故纵向收缩，通电线圈又处在电流产生的磁场中，所以径向膨胀，故A对．【答案】 A5．通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图5－4－11所示，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是()图5－4－11A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力方向向左D．线框所受的安培力的合力方向向右【解析】由安培定则可知导线MN在线框外所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反．ab边受到向右的安培力F ab，cd边受到向左的安培力F cd.因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故F ab＞F cd，线框所受合力方向向右．【答案】BD图5－4－126．如图5－4－12所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流D．使电流反向【解析】首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，C对．【答案】 C7．如图5－4－13所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()图5－4－13A．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B．如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极C．无论如何台秤的示数都不可能变化D．以上说法都不正确【解析】如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A正确，B、C、D错误．【答案】 A8．如图5－4－14所示，通电细杆ab质量为m，置于倾角为θ的导轨上，导轨和杆间不光滑，有电流时，杆静止在导轨上，下图是四个俯视图，标出了四种匀强磁场的方向，其中摩擦力可能为零的是()图5－4－14【解析】因为杆静止在导轨上，所受合力为零，如果杆和导轨无挤压或者相对于导轨无滑动的趋势，则摩擦力为零，由左手定则可知A中F水平向右，B中F竖直向上，C中F竖直向下，D中F水平向左，A、B满足题意．【答案】AB图5－4－159．将长为1 m的导线ac从中点b折成如图5－4－15所示的形状，放入B＝0.08 T 的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直．若在导线abc中通入25 A的直流电，则整个导线所受安培力大小为________N.【解析】折线abc受力等效于a和c连线受力，由几何知识可知ac＝32m，F＝BIL sin θ＝0.08×25×32×sin 90° N＝ 3 N.【答案】 310．1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)．如图5－4－16所示，若轨道宽为2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，试问轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场的最大功率有多大(轨道摩擦不计)?图5－4－16【解析】由运动学公式求出加速度a，由牛顿第二定律和安培力公式联立求出B.据2ax＝v2t－v20得炮弹的加速度大小为a＝v2t2x＝(10×103)22×100m/s2＝5×105 m/s2.据牛顿第二定律F＝ma得炮弹所受的安培力F＝ma＝2.2×10－3×5×105N＝1.1×103 N，而F＝BIL，所以B＝FIL＝1.1×10310×2T＝55 T.据P＝F v得，P max＝F v＝1.1×103×10×103 W＝1.1×107 W.【答案】55 T 1.1×107 W11．质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平轨道上，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5－4－17所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力．图5－4－17【解析】导体棒静止时受力如图．由平衡条件知N＝mg＋F cos θ，f＝F sin θ.安培力F＝ILB，所以支持力N＝ILB cos θ＋mg；摩擦力f＝ILB sin θ.【答案】ILB cos θ＋mg ILB sin θ12．(2013·福建师大附中高二期末)如图5－4－18所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡．然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2×10－2 kg的砝码，才能使天平重新平衡．求磁场对bc边作用力的大小．若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度．(g取10 m/s2)图5－4－18【解析】根据F＝BIL可知，电流反向前后，磁场对bc边的作用力大小相等，设为F，但由左手定则可知它们的方向是相反的．电流反向前，磁场对bc边的作用力向上，电流反向后，磁场对bc边的作用力向下．因而有2F＝2×10－2×10 N＝0.2 N，所以F＝0.1 N，即磁场对bc边的作用力大小是0.1 N．因为磁场对电流的作用力F＝NBIL，故B＝FNIL＝0.110×0.1×0.1T＝1 T.【答案】0.1 N 1 T。
2018版物理沪科版新课堂同步选修3-1课件：第2章 2-1 探究电场的力的性质 精品
3．电场强度 (1)定义：电场中某点的电荷所受到的 电场力F跟它的电荷量q 的比值．
(2)定义式： E＝Fq . (3)方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向跟 正电荷在 该点所受的静电力的方向 相同． (4)国际单位：牛/库(N/C)或 伏/米 (V/m)．
【提示】 不对．因为当 r→0 时，电荷量为 Q 的物体就不能看作点电荷了， 计算式 E＝krQ2 也就不适用了．
[合作探讨] 如图 2-1-5 所示．Q 和 Q′均为正点电荷，且 Q＝Q′.
图 2-1-5
探讨 1：正点电荷 Q 在 q 处产生的场强为多大？沿什么方向？ 【提示】 强场大小为krQ2 ，方向沿 Q、q 的连线，水平向右．
A.34kaQ2 ，沿 y 轴正向 B.34kaQ2 ，沿 y 轴负向 C.54kaQ2 ，沿 y 轴正向 D.54kaQ2 ，沿 y 轴负向
图 2-1-6
【解析】 处于 O 点的正点电荷在 G 点处产生的场强 E1＝kaQ2，方向沿 y 轴负向；又因为 G 点处场强为零，所以 M、N 处两负点电荷在 G 点共同产生的 场强 E2＝E1＝kaQ2，方向沿 y 轴正向；根据对称性，M、N 处两负点电荷在 H 点 共同产生的场强 E3＝E2＝kaQ2，方向沿 y 轴负向；将该正点电荷移到 G 处，该正 点电荷在 H 点产生的场强 E4＝k2Qa2，方向沿 y 轴正向，所以 H 点的场强 E＝E3 －E4＝34kaQ2 ，方向沿 y 轴负向．
知识脉络
电场和电场强度
[先填空] 1．电场 (1)电荷周围存在 电场，电荷之间的相互作用力是通过电场发生的．
物理沪科版选修3-1课后训练：5.4 探究安培力含解析
5.4 探究安培力练习1.如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是（）。
A．都绕圆柱转动B．以不等的加速度相向运动C．以相等的加速度相向运动D．以相等的加速度相背运动2．在一根长为0。
2 m的直导线中通入2 A的电流，将导线放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小可能是( )。
A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．03.如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内,为使MN垂直于纸面向外运动，可以( ）。
A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端4。
如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线.当导线中通以由外向内的电流时磁铁仍然保持静止,则（)。
A．磁铁受到向左的摩擦力，磁铁对桌面的压力减小B．磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小C．磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大D．磁铁不受摩擦力,对桌面的压力不变5.如图所示的天平可用来测定磁感应强度。
天平的右臂下面挂有一个矩形线圈。
宽度为l,共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，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( ）。
A．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为（m1－m2）g/NIl B．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIlC．磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为（m1－m2）g/NIlD．磁感应强度的方向垂直纸面向外,大小为mg/2NIl6.如图所示，在光滑的水平面上放一半径为R的导体环，磁感应强度为B的匀强磁场垂直环面向里，当环中通有恒定电流I时,求导体环截面的张力大小。
2018版物理教科版新课堂同步选修3-1文档：第3章 2-磁场对通电导线的作用安培力 含解析 精品
2.磁场对通电导线的作用——安培力[先填空]1．安培力磁场对通电导线的作用力．2．科学探究：安培力与哪些因素有关(1)实验探究采用的方法：控制变量法．(2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是：①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力增大；②当其他因素不变，电流增大时，安培力增大；③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力增大；④安培力的方向由磁场方向和电流方向共同决定．3．安培力的大小(1)F＝ILB.(2)适用条件①通电导线与磁场方向垂直．②匀强磁场或非匀强磁场中很短的导体．[再判断]1．通电导体在磁场中所受安培力为零，该处磁场感应强度一定为零．(×) 2．两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小相等，方向相同．(×)3．通以10 A电流的直导线，长为0.1 m，处在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中，所受安培力可能为0.02 N．(√)[后思考]通电导体在磁场中所受安培力F的大小一定等于ILB吗？【提示】不一定．只有当通电导体中的电流方向与磁场方向垂直时，安培力F才等于ILB.[合作探讨]如3-2-1所示，利用下列实验装置可以探究安培力的大小与磁场、电流大小的关系．(1)在B、L一定时，增大电流I，导线受力怎么变化？(2)在B、I一定时，增大导线的长度L，导线受力怎么变化？3-2-1【提示】(1)当B、L一定时，增大电流I、导线受的力变大．(2)当B、I一定时，增大导线长度L导线受力变大．[核心点击]1．当电流方向与磁场方向垂直时，F＝ILB.此时通电导线所受安培力最大．2．当电流方向与磁场方向不垂直时，F＝ILB sin θ(θ是I和B之间的夹角)．3．当通电导线的方向和磁场方向平行(θ＝0°或θ＝180°)时，安培力最小，等于零．4．若导线是弯曲的，公式中的L并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度(如图3-2-2所示)，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端．图3-2-2一根长为0.2 m 、电流为2 A 的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小不可能是( )A ．0.4 NB ．0.2 NC ．0.1 ND ．0【解析】 由安培力的公式F ＝ILB sin θ可知，安培力的大小与I 和B 的夹角有关．当θ＝90°时，F 最大，F max ＝ILB ＝2×0.2×0.5 N ＝0.2 N ．当θ＝0°时，F 最小，F min ＝0，故F 的大小范围是0≤F ≤0.2 N ，故B 、C 、D 可能，A 不可能．【答案】 A[迁移1] 如图3-2-3所示，导线框中电流为I ，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B ，AB 与CD 相距为d ，则MN 所受安培力大小为( )【导学号：96322061】图3-2-3A ．F ＝BIdB ．F ＝BId sin θC ．F ＝BId sin θD ．F ＝BId cos θ【解析】 导线与B 垂直，F ＝BI d sin θ.【答案】 C[迁移2] 如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为I ，磁感应强度均为B ，求各导线所受到的安培力的大小．【解析】A图中，F＝IlB cos α，这时不能死记公式而错写成F＝IlB sin α.要理解公式本质是有效长度或有效磁场，正确分解．B图中，B⊥I，导线在纸平面内，故F＝IlB.C图是两根导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac，故F＝2IlB.D图中，从a→b的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为ab，故F＝2IRB.E图中，F＝0.【答案】A：IlB cos αB：IlB C：2IlBD：2IRB E：0计算安培力大小应注意的问题(1)应用公式F＝IlB，电流方向必须与磁场方向垂直．(2)通电导线放入磁场中，有可能不受安培力的作用．(3)公式F＝IlB中的l不一定是导线的实际长度，而应是“有效长度”．[先填空]1．安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向．(2)方向特点：安培力的方向既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直，即安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面．2．电动机(1)原理：利用磁场对通电线圈的安培力使线圈在磁场中旋转．(2)作用：把电能转化为机械能．(3)分类⎩⎨⎧ 直流电动机：由磁场、转动线圈、滑环、电刷 及电源组成，滑环在其中起了一个换向器的作用交流电动机：如家用电风扇、洗衣机、抽油烟 机等都是交流电动机.[再判断] 1．当通电直导线垂直于磁场方向时，安培力的方向和磁场方向相同．(×)2．磁感应强度的方向与安培力的方向垂直．(√)3．电动机是把电能转化为机械能的装置．(√)[后思考]通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直吗？【提示】 一定．根据左手定则可判断安培力的方向垂直于电流和磁场方向．[合作探讨]如图3-2-4所示，利用下列装置可以探究安培力的方向与磁场、电流方向的关系．(1)图中磁场方向向哪？闭合电键后，导线中电流方向向哪？(2)闭合电键后，通电导线所受安培力的方向与磁场、电流方向存在什么关系？图3-2-4【提示】 (1)磁场方向竖直向下、电流方向从里向外．(2)安培力的方向与磁场方向、电流方向都垂直．[核心点击]1．电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关系(1)电流方向和磁场方向间没有必然联系，这两个方向的关系是不确定的．(2)电流方向和磁场方向共同决定了安培力的方向，一旦这两个方向确定，安培力的方向是唯一的．(3)已知安培力方向和磁场方向时，电流方向不确定；已知安培力方向和电流方向时，磁场方向不确定．2．电场力与磁场力的方向对比请画出如图3-2-5所示的甲、乙、丙三种情况下，导线受到的安培力的方向．甲 乙 丙图3-2-5【解析】 画出甲、乙、丙三种情况的侧面图，利用左手定则判定出在甲、乙、丙三种情况下，导线所受安培力的方向如图所示．甲 乙 丙【答案】 见解析[迁移3] 如图3-2-6所示，磁场方向竖直向下，长度为l 的通电直导线ab 处于磁场中，由水平位置1绕a 点在竖直平面内转到位置2的过程中，通电导线所受安培力是( ) 【导学号：96322062】图3-2-6A．数值变大，方向不变B．数值变小，方向不变C．数值不变，方向改变D．数值、方向均改变【解析】安培力F＝ILB，电流不变，垂直直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直B、I所构成的平面，所以安培力的方向不变，故选项B正确．【答案】 B[迁移4]音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机．如图3-2-7是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计．线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等．某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.图3-2-7(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向．(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率．【解析】(1)由安培力表达式F＝BIL可知，线圈所受的安培力F＝nBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右．(2)由功率公式P＝F v可知，安培力的功率P＝nBIL v.【答案】(1)安培力的大小：nBIL方向：水平向右(2)安培力的功率：nBIL v左手定则应用的几个要点(1)安培力方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直．(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可以与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向．学业分层测评(十六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．如图3-2-8是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图．三块相同蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中1、2、3、4轻而柔软的细导线悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路．认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出．关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是()【导学号：96322154】图3-2-8A．仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变B．改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变C．仅改变电流方向或仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变D．增大电流的同时并改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大【解析】仅拿掉中间的磁铁，导体棒在磁场中的有效长度减小，所受安培力减小，摆动幅度减小，选项A错误；改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒所受安培力方向不变，仅改变其中一个方向时，安培力方向改变，选项B错误，C正确；增大电流的同时，减小导体棒在磁场中的有效长度，所受安培力可能减小，摆动幅度可能减小，选项D错误．【答案】 C2．在赤道上空，有一条沿东西方向水平架设的导线，当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线受到地磁场的作用力的方向为() A．向北B．向南C．向上D．向下【解析】导线中的自由电子自西向东沿导线定向移动时，形成的电流自东向西．赤道上空地磁场方向由南水平指向北，由左手定则可判断导线受到的安培力方向向下．答案为D.【答案】 D3．在如图所示的四个图中，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是()【解析】安培力的方向一定与直导线和磁场所决定的平面垂直，A、B均错误，由左手定则可判断C错误，D正确．【答案】 D4．如图3-2-9所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()【导学号：96322155】图3-2-9A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上【解析】先用安培定则判断螺线管的磁场方向．在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上．故选D.【答案】 D5．如图3-2-10所示，一段导线abcd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∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力()图3-2-10A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB【解析】导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知L ad＝(2＋1)L，故线段abcd所受的合力大小F＝IL ad B＝(2＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．【答案】 A6．如图3-2-11所示，两根相隔一定距离、相互垂直的异面直导线ab和cd，分别通有方向如图所示的电流，若通电导线ab固定不动，通电导线cd可以自由运动，则通电导线cd的运动情况是()图3-2-11A．顺时针转动，同时靠近abB．顺时针转动，同时远离abC．逆时针转动，同时靠近abD．逆时针转动，同时远离ab【解析】由安培定则知通电导线ab的磁场在ab上面是垂直纸面向外的，在ab下面是垂直纸面向里的，根据左手定则，通电导线cd上半部分所受安培力向右，下半部分所受安培力向左，故cd将顺时针转动．因cd顺时针转动，其电流方向趋于和ab的电流方向一致，根据同向电流互相吸引，异向电流相互排斥的性质可知cd同时靠近ab.【答案】 A7．将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图3-2-12所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看() 【导学号：96322156】图3-2-12A．圆环顺时针转动，靠近磁铁B．圆环顺时针转动，远离磁铁C．圆环逆时针转动，靠近磁铁D．圆环逆时针转动，远离磁铁【解析】该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的性质，可得C项正确．【答案】 C8．将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图3-2-13所示，已知磁感应强度为1 T．试求下列各图中导线所受安培力的大小和方向．图3-2-13【解析】由公式F＝IBL sin θ得：(1)中F1＝0.(2)中F2＝IBL＝0.02 N，方向水平向右．(3)中F3＝IBL＝0.02 N，方向垂直导线方向斜向左上方(与水平成120°角)．【答案】(1)0(2)0.02 N，水平向右(3)0.02 N，与水平方向成120°角斜向左上方[能力提升]9．(多选)如图3-2-14所示，质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨宽为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，下图是它的四个侧视图，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是()图3-2-14【解析】因杆ab静止在导轨上，所受合力为零，若杆ab所受的支持力和磁场对ab的安培力以及杆ab所受的重力的合力为零，或杆ab所受重力与所受安培力的合力为零，则ab杆与导轨之间的摩擦力就为零，对A、B、C、D四个图中杆ab进行受力分析知，选项A、B图中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零．【答案】AB10．如图3-2-15所示，水平桌面上放置一根条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直．当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出() 【导学号：96322157】图3-2-15A．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小B．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小C．弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大D．弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大【解析】如图所示，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定则可知，直导线受向下的安培力，由于力的作用是相互的，因此条形磁铁受向上的作用力．故A正确．【答案】 A11．水平放置的光滑金属导轨宽L＝0.2 m，接有电源电动势E＝3 V，电源内阻及导轨电阻不计．匀强磁场竖直向下穿过导轨，磁感应强度B＝1 T．导体棒ab的电阻R＝6 Ω，质量m＝10 g，垂直放在导轨上并良好接触，求合上开关的瞬间：图3-2-16(1)金属棒受到安培力的大小和方向；(2)金属棒的加速度和方向．【解析】(1)闭合S的瞬间，回路中的电流I＝ER＝36A＝0.5 A，ab棒所受安培力F安＝BIL＝0.1 N，由左手定则知方向水平向右．(2)由牛顿第二定律知a＝F安m＝10 m/s2，方向水平向右．【答案】(1)0.1 N水平向右(2)10 m/s2方向水平向右12．把一根长为L＝20 cm的直导线垂直磁感线方向放入如图3-2-17所示的匀强磁场中．试问：图3-2-17(1)如图(a)所示：当导线中通以自A向B的电流I1＝2 A时，导线受到的安培力大小为1.0×10－6 N，该磁场的磁感应强度B的大小为多少？(2)若把该导线在平面内从中点折成θ＝60°，自A向B通以I2＝3 A的电流，如图(b)所示．试求导线所受安培力F的大小，并在图中画出安培力的方向.【导学号：96322158】【解析】(1)由公式F＝ILB得B＝FI1L＝1.0×10－62×0.2T＝2.5×10－6 T.(2)导线从中点折成θ＝60°时，AB等效长度L′＝12×0.2 m＝0.1 m.此时的安培力F′＝I2L′B＝7.5×10－7 N.安培力的方向如图所示【答案】(1)2.5×10－6 T(2)7.5×10－7 N，方向如解析图所示。
高中物理 5-5《探究洛伦兹力》精品课件 沪科版选修3-1
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学科方向
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20
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的称之为"伽玛刀"。
12
高能物理研究重要装置
应用实例流程图:
钡餐 亲癌特性 肿瘤部位
低速轻核
高速轻核
重核
新核 中子
镍核 钴核
γ
肿瘤
13
汽化
加速类型及原理演示
直线加速
PLAY
U
U
U
U
回旋加速
PLAY
U
U
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物理仿真实验室---动画演示
回旋加速器
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高中物理第5章探究安培力课件沪科选修31
等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电
流沿L由始端流向末端．
3.磁感应强度的另一种定义方法：在磁场中垂直于磁场方向放置一小 段通电导线，导线所受安培力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL F 的比值叫做导线所在处的磁感应强度，即：B＝ . I中通电导体棒ab所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的 方向)．
(3)通电导线在磁场中受到的力的大小，既与导线的长度 L 成正比， 又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比，用公式表示 为 F＝kBIL，式中 k 为比例系数，国际单位制中，k ＝1，F＝BIL.
[要点提炼] 1．安培力大小的计算公式F＝ILBsinθ，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹 角． (1)当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝ILB； (2)当θ＝0°即B与I平行时，F＝0. 2．当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，
1．(对安培力方向的判定)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
(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方向相同的趋势 .利用这些结 论分析，可事半功倍 .
[要点提炼] 1.安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则 . (1)F⊥ B， F⊥ I，即 F 垂直于 B、 I 决定的平面 . (2) 磁场方向和电流方向不一定垂直 .用左手定则判断安培力方向 时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心 .
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A.0.4 N
B.0.2 N
C.0.1 N
D.0
【解析】选B、C、D.由安培力的公式F=ILBsinθ可知，
安培力的大小与I和B的夹角有关.当θ=90°时，F最大，
Fmax=ILB=2×0.2×0.5 N=0.2 N.当θ=0°时，F最小， Fmin=0，故F的大小范围是0≤F≤0.2 N,故选B、C、D.
【解析】导线所受安培力的大小F=ILB, 要使弹簧不伸长，导线所受安培力的方向应向上且大 小与重力相等F=mg 解得：I=2 A 由左手定则判断电流方向自左向右. 答案:2 A 自左向右
6.(2010·徐州高二检测)如图所示，平行金属导轨PQ与 MN都与水平面成θ角，相距为l.一根质量为m的金属棒ab 在导轨上，并保持水平方向，ab棒内通有恒定电流，电 流大小为I，方向从a到b.空间存在着方向与导轨平面垂 直的匀强磁场，ab棒在磁场力作用下保持静止，并且棒 与导轨间没有摩擦力.求磁感应强度B的大小和方向.
3.在赤道上竖立一避雷针.当一团带负电的乌云经过其
正上方时，避雷针发生放电，则地磁场对避雷针的作
用力( )
A.向东
B.向西
C.向南
D.向北
【解析】选B.作出如图所示的方位图，带
负电的云层放电，则避雷针中的电流方向
竖直向上，由左手定则判断，地磁场对避
雷针的作用力向西，B项正确.
4.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分 别为fa、fb，可判断这两段导线( )
知识点2：安培力的大小
4.如图所示，在平面M内放有一半径为r的半圆形导
线，导线中所通的电流为I1，在半 圆线圈圆心O处垂直平面M放一长直
导线，导线中通以向上的电流I2.已 知长直导线在半圆形导线处产生的
磁感应强度为B，则半圆形导线所受的安培力的大小是
()
A.2BI1r
B.2BI2r
C.πBI1r
D.0
【解析】金属棒受力如图所示.
根据力的平衡条件可知：
F安=mgsinθ
而F安=BIl 可得B= mgsin
Il
由左手定则可知，B的方向垂直导轨平面向下
答案: mgsin方 向垂直导轨平面向下
Il
一、选择题(本题包括6个小题，每小题3分，共18分) 1.(2010·益阳高二检测)在下列各图中，分别标出了 磁场B的方向，电流I的方向和导线所受安培力F的方向， 其中正确的是( )
5.一条形磁铁放在水平桌面上，在它 的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直 的导体棒，图中只画出此棒的横截面 图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一 瞬间可能产生的情况是( ) A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受到向右的摩擦力 D.磁铁受到向左的摩擦力
【解析】选A、D.对导体棒，通电后，由左手定则， 导体棒受到斜向左下的安培力，由牛顿第三定律可得， 磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上，所以在通电的 一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩 擦力，因此A、D正确.
【自主解答】选A.方法一：等效法.把通 电线圈等效成小磁针.由安培定则，线圈 等效成小磁针后，左端是S极，右端是N 极，异名磁极相吸引，线圈向左运动. 方法二：电流元法.如图所示，取其中的上、下两小段 分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平 向左，故线圈向左运动.
1.通电导线如果在磁场中不受安培力作用，能否说明 该处磁感应强度为零？ 提示：不能.当把通电导线与磁场平行放置时，导线所 受安培力为零，但该处的磁感应强度不为零.
3.安培力垂直于导线、垂直于磁场方向，那么电流也 一定与磁场垂直吗？ 提示：根据左手定则，通电导线在磁场中所受安培力 一定垂直于导线、垂直于磁场，但由于导线可以沿任 何方向放入磁场，所以电流不一定与磁场垂直.
【典例1】(2010·杭州高二检测)在xOy平面中有一通
电直导线ab与Ox、Oy轴相交，导线中的电流方向如图
【典例2】如图所示，把轻心且垂直
于线圈平面，当线圈内通入如图方
向的电流后，则线圈( )
A.向左运动
B.向右运动
C.静止不动
D.无法确定
【思路点拨】解答本题一般按如下思路进行： (1)明确电流周围磁场的分布情况.(2)用左手定则确定 各部分电流受安培力方向情况.(3)根据受力确定物体运 动情况.(4)也可以用等效法、结论法等简洁方法直接判 定.
所示.该区域有匀强磁场，通电
直导线所受安培力的方向与Oz
轴的正方向相同，该磁场的磁
感应强度的方向可能是( )
A.沿x轴负方向
B.沿y轴负方向
C.沿z轴正方向
D.沿z轴负方向
【思路点拨】解答本题应按如下思路进行： (1)在原图中标出电流方向与安培力方向. (2)用左手定则确定磁场方向的指向范围. (3)注意磁感线的斜穿手心情况，即正确分解磁感应强 度.
R+r
由安培力公式F=BIL,由共点力平衡条件Fsinθ=Ff, FN+Fcosθ=mg, 整理得
答案:
知识点1：安培力的方向 1.(2009·海南高考)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( )
【解析】选D.A图中导线不受力，故它不会弯曲，A错； B图中导线受到垂直纸面向里的安培力，它不会向右弯 曲，B错；C中导线受到水平向右的安培力，导线不会 向左弯曲，C错；D中导线受到水平向右的安培力，故 它向右弯曲，D对.
2.如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行且通 过正三角形的三个顶点，三条导线中通有大小相等、方 向垂直纸面向里的电流.通过直导线产生的磁场的磁感 应强度B＝ kI ，I为通电导线的电流大小，r为与通电导
6.(2010·常州高二检测)某专家设计了一种新型电磁 船，它不需螺旋桨推进器，航行时平稳而无声，时速 可达100英里.这种船的船体上安装一组强大的超导线 圈，在两侧船舷装上一对电池，导电的海水在磁场力 作用下即会推动船舶前进.如图所示是超导电磁船的简 化原理图，AB和CD是与电池相连的导体，磁场由超导 线圈产生.以下说法正确是( )
2.匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，导线受 到的安培力为F=IlB，所以导线所在位置处的磁感应强 度 B= F ,这是磁感应强度的另一种定义方法.由此我们能
Il
否判断，B与F成正比，与Il成反比？当把磁场中某受力 通电导线取走后，该处的磁感应强度为零吗？ 提示：磁感应强度B由磁场本身决定，与放入的通电导 线无关，所以不能说B与F成正比，与Il成反比.当把磁 场中某点的通电导线取走后，该处的磁感应强度不变， 并不为零.
【思路点拨】解答此题应明确以下三点: (1)将立体图转为投影图进行受力分析. (2)用左手定则判断通电导线受的安培力. (3)正交分解法处理平衡问题.
【自主解答】本题为涉及安培力时的物 体平衡问题,通过对通电导体棒的受力 分析,根据共点力平衡方程求解.棒的受 力分析如图所示： 由闭合电路欧姆定律 I= E ,
A.船体向右运动 B.船体向左运动 C.无法断定船体向哪个方向运动 D.这种新型电磁船会由于良好的动力性能而提高船速
【解析】选A、D.海水中电流方向从CD流向AB，由左 手定则知，此电流受到向左的安培力，船在海水的反 冲作用下，将向右运动，A正确.该船靠安培力作为动 力，不需螺旋桨推进器，航行时平稳而无声，提高了 船速，D正确.
4.磁场越强，放入磁场中的通电导线所受安培力一定 越大吗？ 提示：由于通电导线所受安培力大小与电流大小、导 线长度、磁场的强弱以及导线与磁场方向夹角有关系， 所以磁场越强通电导线所受安培力不一定越大.
【典例3】(2010·泰州高二检测)如 图所示，质量为m的导体棒MN静止在 水平导轨上，导轨宽度为L，已知电 源的电动势为E，内阻为r，导体棒 的电阻为R，其余接触电阻不计，磁场方向垂直导体棒 斜向上与水平面的夹角为θ，磁感应强度为B，求轨道 对导体棒的支持力和摩擦力.
1.在探究安培力的方向与电流方向、磁场方向的关系 时,能否同时改变二者的方向? 提示：不能同时改变二者的方向,应该利用控制变量法, 保持磁场方向或电流方向不变,探究安培力的方向与变 化量的关系,若两者都变化,影响变化的原因难以确定.
2.试探讨安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系. 提示：由左手定则知，安培力的方向既跟磁场方向垂 直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于 磁感线和通电导线所在的平面.
【自主解答】选A、B.当电流方 向与磁场方向不垂直时，可以 将磁感应强度进行分解，分解 为与电流方向垂直的分量和与 电流方向平行的分量.根据左手 定则，手心应与磁感应强度垂直电流方向的分量垂直. 当磁感应强度的方向为x轴负方向或y轴负方向时，都 有与电流垂直的分量，根据左手定则，受力方向都沿z 轴正方向，如图所示.A、B正确.
【解析】选C.本题考查用左手定则判断安培力的方向. 根据左手定则,四指指向电流方向,让磁感线垂直穿入手 心,则大拇指所指的方向即是安培力的方向,只有C符合 左手定则.故正确答案为C.
2.一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感
应强度为0.5 T 的匀强磁场中，受到的安培力大小可
能是( )
【解析】(1)I= E = 3=A0.5 A
二、非选择题(12分) 7.(2010·大连模拟)水平放置的光 滑金属导轨宽l=0.2 m,接有电源电 动势E=3 V,电源内阻及导轨电阻不 计.匀强磁场竖直向下穿过导轨,磁感应强度B=1 T.导 体棒ab的电阻R=6 Ω,质量m=10 g,垂直放在导轨上并 良好接触(如图),求合上开关的瞬间: (1)金属棒受到安培力的大小和方向; (2)金属棒的加速度.
A.相互吸引，fa>fb C.相互吸引，fa<fb