高中物理第5章磁場與回旋加速器探究安培力學案滬科版選修3-1-資料下載頁
2024-11-19 23:11本頁面
【導讀】[學習目標定位]，了解安培力的應用.判斷安培力方向的方法是左手定則．其內容是：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，上下交換磁極的位置以改變磁場方向，導線受力的方向是否改變？仔細分析實驗結果，說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關系？2．當導線與磁場垂直時，彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度；一個橫截面圖，○×表示電流向里，○·表示電流向外)，題圖甲中，I與B決定的平面是與紙。面垂直的豎直面，安培力方向與這個平面垂直，由左手定則知，安培力的方向為水平向右；＝2IBL；同理，C圖是半圓形電流，分析圓弧上對稱的每一小段電流，受力抵消合并后，力與ac導線受力方向剛好相反，故合力為零，所以，閉合的通電線圈安培力為零，FD＝0.答案FA＝0，FB＝2IBL，FC＝2BIR，FD＝0.①兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；
【正文】 則 可知安培力水平向右，由安培力計算公式可得 F＝ BIL，故選 B. 題組四 導線在安培力作用下的平衡問題 9 所示，用兩根輕細懸線將質量為 m、長為 l的金屬棒 ab 懸掛在 c、 d兩處，置于勻強磁場內．當棒中通以從 a 到 b的電流 I后，兩懸線偏離豎直方向 θ 角而處于平衡狀態(tài)．為了使棒平衡在該位置上，所需的磁場的最小磁感應強度的大小、方向為 ( ) 圖 9 tan θ，豎直向上 tan θ，豎 直向下 sin θ，平行懸線向下 sin θ，平行懸線向上 答案 D 解析 要求所加磁場的磁感應強度最小，應使棒平衡時所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力的最小值為 Fmin＝ mgsin θ，即 IlBmin＝ mgsin θ，得 Bmin＝ mgIl sin θ，方向應平行于懸線向上．故選 D. 13．質量為 m 的金屬細桿置于傾角為 θ 的導軌上，導軌的寬度為 d，桿與導軌間的動 摩擦因數為 μ，有電流通過桿，桿恰好靜止于導軌上，在如圖所示的 A、 B、 C、D 四個選項中，桿與導軌的摩擦力一定不為零的是 ( ) 答案 CD 解析 選項 A 中，通電細桿可能受重力、安培力、導軌的彈力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導軌間的摩擦力可能為零．當安培力變大或變小時，細桿有上滑或下滑的趨勢，于是有靜摩擦力產生． 選項 B 中，通電細桿可能受重力、安培力作用處于靜止狀態(tài)，如圖所示，所以桿與導軌間的 摩擦力可能為零．當安培力減小時，細桿受到導軌的彈力和沿導軌向上的靜摩擦力，也可能處于靜止狀態(tài)． 選項 C 和 D 中，通電細桿受重力、安培力、導軌彈力作用具有下滑趨勢，故一定受到沿導軌向上的靜摩擦力，如圖所示，所以桿與導軌間的摩擦力一定不為零． U 形導軌 NMPQ，它們之間的寬度為 L， M 和 P 之間接入電動勢為 E 的電源 (不計內阻 )．現垂直于導軌擱一根質量為 m、電阻為 R 的金屬棒 ab，并加 一個范圍較大的勻強磁場，磁感應強度大小為 B，方向與水平面夾角為 θ 且指向右上方，如圖10 所示，問： 圖 10 (1)當 ab 棒靜止時，受到的支持力和摩擦力各為多少？ (2)若 B 的大小和方向均能改變，則要使 ab 棒所受支持力為零， B 的大小至少為多少？此時B 的方向如何？ 答案 (1)mg－ BLEcos θR BLEsin θR (2)mgREL 方向水平向右 解析 從 b 向 a 看側視圖如圖所示． (1)水平 方向： f＝ Fsin θ① 豎直方向： N＋ Fcos θ＝ mg② 又 F＝ BIL＝ BERL③ 聯(lián)立 ①②③ 得： N＝ mg－ BLEcos θR ， f＝ BLEsin θR . (2)要使 ab 棒受到的支持力為零，且讓磁場最小，可知安培力豎直向上，則有 F′＝ mg Bmin＝ mgREL ，根據左手定則判定磁場方向水平向右． 11 所示，在與水平方向夾角為 60176。的光滑金屬導軌間有一電源，在相距 1 m 的平行 導軌上放一質量為 kg的金屬棒 ab， ab 中有從 b→a 、 I＝ 3 A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止．求： 圖 11 (1)勻強磁場磁感應強度的大?。? (2)ab 棒對導軌的壓力． (g＝ 10 m/s2) 答案 (1) T (2)6 N，方向垂直斜面向下 解析 金屬棒 ab 中電流方向由 b→a ，它所受安培力方向水平向右，它還受豎直向下的重力，垂直斜面斜向上的支持力，三力合力為零，由此可以求出安培力和 ab 棒對導軌的壓力，從而求出磁感應強度 B 的大?。? (1)ab 棒靜止，受力情況如圖所 示，沿斜面方向受力平衡，則 mgsin 60176。＝ BILcos 60176。 B＝ mgtan 60176。IL ＝ 10 331 T≈ T. (2)ab 棒對導軌的壓力為： N′＝ N＝ mgcos 60176。＝ 1012 N＝ 6 N，方向垂直斜面向下．
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