还剩4页未读,继续阅读
文本内容:
2019-2020年高中物理
3.4磁场对通电导线的作用力学案新人教版选修3-1I课前预习
1.同一段通电导线,放在同一匀强磁场中的四个不同方位,如图所示,则()A.(c)中导线受的磁场力大于(a)中受的磁场力;B.只有(b)中通电导线不受磁场力的作用;C.(b)(c)中两种情况导线都不受磁场力的作用;D.(a)(d)中导线所受的磁场力大小相等2.下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力的说法中正确的是()A.安培力大小只跟磁场的强弱和电流的强度有关;B.安培力的方向与磁场方向垂直,同时又与电流方向垂直;C.若导线受到的磁场力为零,导线所在处的磁感强度必定为零;D.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力最大,此时导线必与磁场方向垂直
3.判断下图中导线A所受磁场力的方向典型例题【例1】如图所示,一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当棒中通以向右的电流I时,弹簧缩短Δy;若通以向左的电流,也是大小等于I时,弹簧伸长Δy,则磁感应强度B为_______【例2】如图所示,蹄形磁体用悬线悬于O点,在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线,当导线中通以由左向右的电流时,蹄形磁铁的运动情况将是_______A.静止不动B.向纸外平动C.N极向纸外,S极向纸内转动D.N极向纸内,S极向纸外转动【例3】如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L匀强磁场磁感应强度为B金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止求⑴B至少多大?这时B的方向如何?⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?【例4】如图,水平放置的光滑的金属导轨M、N,平行地置于匀强磁场中,间距为d,磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面夹为,金属棒ab的质量为m,放在导轨上且与导轨垂直电源电动势为E,定值电阻为R,其余部分电阻不计则当电键闭合的瞬间,棒ab的加速度为多大?反馈练习1.在赤道平面上空沿东西方向放置一根直导线,通以由西向东的电流,则此导线所受地磁场作用力的方向为()A.向上;B.向下;C.向南;D.向北
2.如图所示,在条形磁铁S极附近悬挂一个铝圆线圈,线圈与水平磁铁位于同一水平面内,当电流方向如图时,线圈将:A.靠近磁铁平移;B.远离磁铁平移;C.从上向下看顺时针转动,同时靠近磁铁;D.从上向下看逆时针转动,同时靠近磁铁3.如图所示,两根平行放置的长直导线A和B,通有大小相等、方向相反的电流,A受到的磁场力为F1当加入一个与导线所在平面垂直的匀强磁场后,A受到的磁场力变为F2,则此时B受到的磁场力大小变为()A.F2B.F1-F2C.F1+F2D.2F1-F24.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,杆ab与导轨间动摩擦因数为μ,有电流时ab恰好静止在导轨上,如图所示,则在下列各图中,杆ab与导轨间的摩擦力可能为零的有()5..如图所示,直导线ab放在蹄形磁铁上方可以自由活动,当通入由a指向b的电流时,导线将A.a端转向纸处,b端转向纸内,且上升B.a端转向纸外,b端转向纸内,且下降C.a端转向纸内,b端转向纸外,且上升D.a端转向纸内,b端转向纸处,且下降
6.两条直导线互相垂直放置,相隔很小的距离,其中ab导线是固定的,导线cd可以自由移动当两条导线通入如图所示的电流后,导线cd将()A.保持不动B.沿逆时针方向转动,同时靠近导线abC.沿逆时针方向转动,同时远离导线abD.沿顺时针方向转动,同时靠近导线ab7.两平行的光滑导轨相距1m,轨道平面与水平面成30°角,两导轨经变阻器R0接在电动势ε=12V,内阻r=1Ω的直流电源上一根重3N,电阻R=1Ω的金属棒ab在轨道上垂直于轨道放置,如图所示当R0=2Ω时,并施加竖直向上的匀强磁场时金属棒恰好能静止在导轨上(取g=10m/s2)求
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小?
(2)若不改变B的大小而方向改变为垂直于轨道平面向上,金属棒将如何运动?8.在倾角θ=30º的斜面上,固定一金属框,宽L=
0.25m,接入电动势E=12V、内阻不计的电池垂直框架面放有一根质量m=
0.2kg的金属棒ab,它与框架的动摩擦因数μ=整个装置放在磁感强度B=
0.8T,垂直框面向上的匀强磁场中,如图所示,当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,框架与棒的电阻不计,g=10m/s2)§
3.4磁场对通电导线的作用力2参考答案课前预习
1.B
2.BD【例1】解析设不通电时,弹簧长为x,则通向右的电流时,有kx-Δy=mg-BIL通向左的电流时,有kx+Δy=mg+BIL解得B=kΔy/IL【例2】解析要判断磁体的转动情况,就要知道通电导线对蹄形磁铁的作用力,而要判断磁体的作用力较为困难,我们可以假设磁铁不动,来考虑导线的受力的情况,然后根据牛顿第三定律判断磁铁的受力情况首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示,导线左边与右边的磁场方向不同,故把导线分为左右两部分.由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力,右边的导线受到向左的作用力,所以导线左边向内转动,右边向外转动,现在导线固定,蹄形磁铁可以自由转动,磁铁的转动方向与导线的转动方向相反,所以蹄形磁铁的N极向外转动,S极向内转动,本题选C【例3】画出金属杆的截面图由三角形定则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小根据左手定则,这时B应垂直于导轨平面向上,大小满足BI1L=mgsinα,B=mgsinα/I1L当B的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,沿导轨方向合力为零,得BI2Lcosα=mgsinα,I2=I1/cosα【例4】画出截面图,建立F=BIL
①Fsinα=ma
②I=E/R
③得
1.A
2.C
3.A
4.ab
5.B
6.B
7.解
(1)由图中电源的方向可知金属棒ab中的电流方向是由a向b的电源与变阻器R0和金属棒串联成闭合电路当R0=2Ω时,根据闭合电路的欧姆定律,通过金属棒的电流强度从金属棒的b恻看去,画出导线受力的平面图如图15所示由安培定则可以判断金属棒所受的安培力方向是水平向右的金属棒在重力、安培力和轨道的支持力三个共点力作用下平衡,由平衡条件有由安培力公式,得到方程式,可求得
(2)当磁场方向改为垂直于轨道平面向上时,根据左手定则可知安培力应沿斜面向上,大小不变由牛顿第二定律有和即可求出即导线将以
0.77m/s2加速度沿斜面向上加速运动
8.解金属棒受四个力作用重力mg、重直框面向上的支持力N,沿框面向上的安培力F,沿框面的摩擦力f金属棒静止在框架上时,摩擦力f的方向可能沿框面向上,也可能向下,需分两种情况考虑当变阻器R阻值较大时,I较小,安培力F较小,金属棒有沿框架下滑趋势,框架对棒的摩擦力沿框面向上金属棒刚好不下滑时满足平衡条件如图所示I=E/R,BIL+μmgcosθ-mgsinθ=0得代入数据可解得R=
4.8Ω当变阻器R阻值较小时,I较大,安培力F较大,金属棒有沿框架上滑趋势,框架对棒的摩擦力沿框面向下金属棒刚好不上滑时满足平衡条件如图所示I=E/R,BIL-μmgcosθ-mgsinθ=0得,代入数据可解得R=
1.6Ω所以R的取值范围为
1.6Ω≤R≤
4.8ΩααabθLEαBθNmgfFθFfNmg。