20xx粵教版高中物理選修3-1第3章第3節(jié)探究安培力-wenkub
2022-11-29 02:04:34 本頁面
【正文】 導線為研究對象．要分析導線 AB受力，先確定 AB所處的外磁場 (CD所產(chǎn)生的磁場 )方向垂直紙面向外，如圖所示，再由左手定則可判知 AB受到的安培力水平向右，同樣方法可得 CD受 AB的作用力水平向左，二者是作用力與反作用力． ? ?題后反思 ? 本題綜合運用了安培定則和左手定則，解題時應注意區(qū)別運用． ? 兩導線各自處在對方的磁場中，應先用安培定則判磁場再用左手定則判安培力． ? 如圖 3－ 3－ 5所示，用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導線 MN，電流 I方向從 M到 N，繩子的拉力均為 F，為使 F＝ 0，可能達到要求的方法是 ( ) ? A．加水平向右的磁場 ? B．加水平向左的磁場 ? C．加垂直紙面向里的磁場 ? D．加垂直紙面向外的磁場 圖 3－ 3－ 5 ? 【 答案 】 C [要使繩子的拉力變?yōu)榱?，加上磁場后，應使導線所受安培力等于導線的重力，由左手定則可判斷，所加磁場方向應垂直紙面向里，導線所受安培力向上． ] ? 一、對安培力公式的理解 ? (1)通電導線與磁場方向垂直時， F＝ BIL. ? (2)B對放入的通電導線來說是外磁場的磁感應強度． ? (3)導線 L所處的磁場應為勻強磁場；在非勻強磁場中，公式F＝ BILsinθ僅適用于很短的通電導線 (直線電流元 )． ?安培力的大小計算 圖 3－ 3－ 6 ? (4)式中的 L為導線垂直于磁場方向的有效長度，如圖 3－ 3－ 6所示，半徑為 r的半圓形導線與磁場 B垂直放置，當導線中通以電流 I時，導線的等效長度為 2r，故安培力 F＝ 2BIr. ? (5)在通電導線平行于磁場方向時，安培力 F＝ 0. ? 二、安培力作用下的物體平衡 ? 1．有安培力參與的物體平衡，此平衡與前面所講的物體平衡一樣，也是利用物體平衡條件解題，只是多了一個安培力而已． ? 2．與閉合電路歐姆定律相結合的題目，主要應用： ? (1)閉合電路歐姆定律． ? (2)安培力公式 F＝ BIL. ? (3)物體平衡條件． ? 3．在安培力作用下的物體平衡的解題步驟和共點力平衡相似，一般也是先進行受力分析，再根據(jù)共點力平衡的條件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力． ? 三、安培力的做功問題 ? 1．安培力做功與路徑有關，所以繞閉合回路一周，安培力做功可以為正，可以為負，也可以為零，不像重力和電場力做功一定為零． 圖 3－ 3－ 7 ? 2．安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的作用，將電源的能量傳遞給通電導線，而磁場本身并不提供能量．如圖 3－ 3－ 7所示，導體 ab在安培力作用下向右運動，安培力做功的結果是將電能轉(zhuǎn)化為導體的動能． ? 【 例 2】 如圖 3－ 3－ 8所示的天平可用來測量磁場的磁感應強度．天平的右臂下面掛一個矩形線圈，寬為 L，共 N匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面．當線圈中通有電流 I(方向如圖 )時，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為 m m2的砝碼時，天平平衡；當電流反向 (大小不變 )時，右邊再加上質(zhì)量為 m的砝碼后，天平又重新平衡．由此可知 ( ) 圖 3－ 3－ 8 A ．磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為? m 1 － m 2 ? gNIL B ．磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為mg2 NIL C ．磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為? m 1 － m 2 ? gNIL D ．磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為mg2 NIL 解析： 由題目所給條件，先判斷出磁場的方向，再根據(jù)天平的工作原理列出對應關系式．因為電流反向時，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場向里．電流反向前 ，有 m 1 g ＝ m 2 g ＋ m 3 g ＋ NB IL ，其中 m 3為線圈質(zhì)量．電流反向后，有 m 1 g ＝ m 2 g ＋ m 3 g ＋ mg － NB IL .由以上兩式可得 B ＝mg2 NIL， B 正確． 答案： B ? ?題后反思 ? 電流天平是測量磁感應強度大小的一種裝置，其工作原理是：天平兩個盤中放入質(zhì)量分別為 m m2的砝碼 (其中一盤下方掛有線圈 )時平衡．若將線圈通電并放入磁場中，平衡被打破，要使天平重新平衡，需要在右盤中增減砝碼，根據(jù)所給數(shù)據(jù)，就可以計算出磁場的磁感應強度的大小． ? 如圖 3－ 3－ 9所示，在磁感應強度為 B的勻強磁場中，有一個邊長為 L的正六邊形線圈，線圈平面垂直于磁場方向，線圈通有順時針方向的電流，電流大小為 I，
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