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2013届高考一轮物理复习课件(人教版):第八章第2节 磁场对电流的作用 (PPTminimizer)


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第八章 磁场

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磁场

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第2节 磁场对电流的作用

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一、磁场对电流的作用 1.安培力方向的判断——左手定则 内容: 伸开左手, 使拇指跟其余四个手指①________, 并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过 ② ________ , 并 使 ③ ________ 指 向 电 流 的 方 向 , 这 时 ④ ________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力 的方向.
第八章 第2节

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2.安培力的大小 (1)垂直于匀强磁场放置、长为 L 的直导线,通过的 电流为 I 时,它所受的安培力 F=⑤________. (2)当磁感应强度 B 的方向与导线方向成 θ 角时,F =⑥________.这是一般情况下安培力的表达式,以下是 两种特殊情况:

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①当磁场与电流⑦________时,安培力最大,Fmax =BIL. ②当磁场与电流⑧________时,即磁场方向与电流 方向相同或相反时,安培力为零. 【重点提示】 安培力的方向垂直于磁感应强度 B

和电流 I 所决定的平面,但磁感应强度与电流不一定垂 直.

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三、磁电式电流表 1.磁电式仪表的主要构成

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电流表是测量电流强弱和方向的仪器.磁电式电流 表(构造示意图如图所示),主要由五部分组成: (1)蹄形磁铁. (2)圆柱形铁芯. (3)铝框,套在铁芯外,可绕轴转动. (4)线圈,绕在铝框上. (5)两个螺旋弹簧及一个指针,装在铝框的转轴上, 被测电流经过两个弹簧接入线圈,指针用于指示电流值.
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2.工作原理 (1)磁场特点

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①方向:沿⑨________均匀辐射地分布. ②大小:在距轴线等距离处的磁感应强度大小⑩ ________. (2)安培力的特点 ①方向:安培力的方向与线圈平面?________. ②大小:安培力的大小与通过的电流成?________.

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(3)表盘刻度特点 由于导线在安培力作用下带动线圈转动, 螺旋弹簧变 形,反抗线圈的转动,电流越大,安培力越大,形变就? ________ , 所 以 指 针 偏 角 与 通 过 线 圈 的 电 流 I 成 ? ________,表盘刻度?________. 3.优、缺点:优点是?________高,能测出很弱的 电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很小.

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①垂直 BILsinθ ?正比

②手心

③四指

④拇指

⑤BIL



⑦垂直 ?越大

⑧平行 ?正比

⑨径向 ?均匀

⑩相等 ?垂直 ?灵敏度

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一、安培力的大小和方向 规律方法 1.磁场和电场有很多相似之处,但是,安培力比库 仑力复杂得多,点电荷在电场中受力方向和电场方向不 是相同就是相反,而电流元在磁场中受力的方向与磁场 的方向不在同一条直线上,安培力的方向与磁场方向和 电流方向决定的平面垂直.
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2.安培力公式的说明 (1)B 是与 L 垂直或与 L 垂直的分量. (2)L 是有效长度,若载流导体是弯曲导线,且导线 所在平面与磁感应强度方向垂直,则 L 指弯曲导线中始 端指向末端的直线长度.如图虚线所示,相应的电流方

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向,沿 L 由始端流向末端,因此任意形状的闭合线圈, 其有效长度 L=0,所以通电后在匀强磁场中,受到的安 培力的矢量和一定为零.

(3)若 B∥I,F=BILsinθ=0

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例1

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(2010· 上海单科)如图, 长为 2l 的直导线折成边

长相等, 夹角为 60° V 形, 的 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( )

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A.0 C.BIl

B.0.5BIl D.2BIl

________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________

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【解析】 V 型导线受的安培力的大小和方向等效于 连接两个端点的通电导线受力情况即 F=BIl, 正确. C 也 可分别计算两段通电导线受的安培力大小都等于 BIl.各 垂直于左、右两段导线指向右上方和左上方,夹角为 120° ,其合力为 BIl,方向向上.

【答案】

C

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题后反思 在匀强磁场中,计算折线或曲线型状的通电导线所 受的安培力,确定有效长度 l(从始端连接终端的线段)是 一种等效方法,利用这种方法可以快速计算通电曲导线 所受安培力.但要注意这种等效的条件:(1)匀强磁场; (2)曲线或折线所在平面与磁场垂直.

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跟踪训练 1 在等边三角形的三个顶点 a、b、c 处, 各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等 的恒定电流,方向如图所示.过 c 点的导线所受安培力 的方向( )

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【解析】

本题考查的知识点是右手定则、磁感应强度的叠加、 左手定则.如图所示,因 a、b 处的导线中的电流方向垂 直纸面向里,根据右手定则可以判断 a 处导线中的电流
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在 c 处产生的磁场方向为与 ac 边垂直且指向左下方;b 处导线中的电流在 c 处产生的磁场方向与 bc 边垂直且指 向右下方.根据左手定则,a 电流对 c 的安培力 Fac 沿 ca 方向,而 b 电流对 c 的安培力 Fbc 沿 cb 方向,又 Fac 与 Fbc 大小相等,故二力的合力 F 安与 ab 垂直,指向左边, C 正确.

【答案】

C

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二、 安培力与力学知识的综合应用 1.通电导线在磁场中的平衡和加速 (1)首先把立体图画成易于分析的平面图, 如侧视图、 剖视图或俯视图等. (2)确定导线所在处磁场方向,根据左手定则确定安 培力的方向. (3)结合通电导体的受力分析、运动情况等,根据题 目要求,列出平衡方程或牛顿第二定律方程求解.

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2.安培力做功的特点和实质 (1)安培力做功与路径有关,不像重力、电场力做功 与路径无关. (2)安培力做功的实质:起传递能量的作用. ①安培力做正功:是将电源的能量转化为导线的动 能或转化为其他形式的能. ②安培力做负功:是将其他形式的能转化为电能后 或储存或转化为其他形式的能.(如电磁感应过程)
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例2

(2011· 上海单科)

如图,质量为 m、长为 L 的直导线用两绝缘细线悬 挂于 O,O′,并处于匀强磁场中,当导线中通以沿 x 正 方向的电流 I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角 为 θ.则磁感应强度方向和大小可能为( )
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mg A.z 正向, IL tanθ mg B.y 正向, IL mg C.z 负向, IL tanθ mg D.沿悬线向上, IL sinθ

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________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________

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【解析】

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如图为沿 x 轴负方向观察时的侧面图,由平衡条件 可知,导线静止时,导线所受安培力 F 在重力和绝缘细

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线的拉力 T 的反向延长线之间,如图实弧线所示范围, 由左手定则可判断磁感应强度 B 的方向在虚弧线所示范 围(从正 y 方向至左下方范围)则 A、D 错误.当磁感应强 mg 度沿 y 轴正方向时,有:F=BIL=mg,则 B= IL ,选项 B 正确; 当磁感应强度沿 z 轴负方向时, F=BIL=mgtanθ, mgtanθ 则 B= IL ,选项 C 正确.

【答案】

BC
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题后反思 有关安培力的力学问题,关键还是用左手定则正确 无误地判断安培力的方向,安培力方向的确定是最容易 出现错误之处,应引起重视.

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跟踪训练 2

据报道,最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨 道炮, 其原理如图所示. 炮弹(可视为长方形导体)置于两

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固定的平行导轨之间,并与轨道壁密接,开始时炮弹在 导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁力加速,最后从位 于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离 w =0.10 m,导轨长 L=5.0 m.炮弹质量 m=0.30 kg.导轨 上的电流 I 的方向如图中箭头所示.可认为,炮弹在轨 道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为 B =2.0 T,方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为 v= 2.0×103 m/s,求通过导轨的电流 I.忽略摩擦力与重力的 影响.
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诱思启导 电磁轨道炮水平方向受几个力?安培力怎样表达? 已知运动如何求合外力?

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【解析】 在导轨通有电流 I 时, 炮弹作为导体受到 磁场施加的安培力为 F=IwB 设炮弹的加速度的大小为 a,则有 F=ma 炮弹在两导轨间做匀加速运动,因而 v2=2aL 1 2 mv 2 联立解得 I= BwL 代入题给数据得 I=6.0×105 A.

【答案】

6.0×105 A
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