20xx粤教版高中物理选修3-1第3章第3节探究安培力

20xx粤教版高中物理选修3-1第3章第3节探究安培力内容摘要：

则的原则：当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向． • 【 例 1】 如图 3－ 3－ 4所示，两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何。 图 3－ 3－ 4 • 答案： 本题考查同向电流之间安培力方向的判断，可根据安培定则判断出磁场方向，再根据左手定则判断安培力方向．两导线之间的作用力是通过磁场产生的，遵守牛顿第三定律，分析时可选其中一条通电导线为研究对象．要分析导线 AB受力，先确定 AB所处的外磁场 (CD所产生的磁场 )方向垂直纸面向外，如图所示，再由左手定则可判知 AB受到的安培力水平向右，同样方法可得 CD受 AB的作用力水平向左，二者是作用力与反作用力． • ►题后反思 • 本题综合运用了安培定则和左手定则，解题时应注意区别运用． • 两导线各自处在对方的磁场中，应先用安培定则判磁场再用左手定则判安培力． • 如图 3－ 3－ 5所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线 MN，电流 I方向从 M到 N，绳子的拉力均为 F，为使 F＝ 0，可能达到要求的方法是 ( ) • A．加水平向右的磁场 • B．加水平向左的磁场 • C．加垂直纸面向里的磁场 • D．加垂直纸面向外的磁场 图 3－ 3－ 5 • 【 答案 】 C [要使绳子的拉力变为零，加上磁场后，应使导线所受安培力等于导线的重力，由左手定则可判断，所加磁场方向应垂直纸面向里，导线所受安培力向上． ] • 一、对安培力公式的理解 • (1)通电导线与磁场方向垂直时， F＝ BIL. • (2)B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度． • (3)导线 L所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式F＝ BILsinθ仅适用于很短的通电导线 (直线电流元 )． •安培力的大小计算 图 3－ 3－ 6 • (4)式中的 L为导线垂直于磁场方向的有效长度，如图 3－ 3－ 6所示，半径为 r的半圆形导线与磁场 B垂直放置，当导线中通以电流 I时，导线的等效长度为 2r，故安培力 F＝ 2BIr. • (5)在通电导线平行于磁场方向时，安培力 F＝ 0. • 二、安培力作用下的物体平衡 • 1．有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题，只是多了一个安培力而已． • 2．与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用： • (1)闭合电路欧姆定律． • (2)安培力公式 F＝ BIL. • (3)物体平衡条件． • 3．在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力． • 三、安培力的做功问题 • 1．安培力做功与路径有关，所以绕闭合回路一周，安培力做功可以为正，可以为负，也可以为零，不像重力和电场力做功一定为零． 图 3－ 3－ 7 • 2．安培力做功的实质：起传递能量的作用，将电源的能量传递给通电导线，而磁场本身并不提供能量．如图 3－ 3－ 7所示，导体 ab在安培力作用下向右运动，安培力做功的结果是将电能转化为导体的动能． • 【 例 2】 如图 3－ 3－ 8所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度．天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为 L，共 N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面．当线圈中通有电流 I(方向如图 )时，在天平两边加上质量分别为 m m2的砝码时，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，天平又重新平衡．由此可知 ( ) 图 3－ 3－ 8 A ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 m 1 － m 2  gNIL B ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为mg2 NIL C ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 m 1 － m 2  gNIL D ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为mg2 NIL 解析： 由题目所给条件，先判断出磁场的方向，再根据天平的工作原理列出对应关系式．因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场向里．电流反向前 ，有 m 1 g ＝ m 2 g ＋ m 3 g ＋ NB IL ，其中 m 3为线圈质量．电流反向后，有 m 1 g ＝ m 2 g ＋ m 3 g ＋ mg － NB IL .由以上两式可得 B ＝mg2 NIL， B 正确。