安培力知识讲解与典型分类例题

1/8安培力知识讲解与典型分类例题知识点1安培力1．安培力（1）定义：通电导线在磁场中受到的力．（2）大小：①当BIL、、两两垂直时，FBLI．若B与I的夹角为，则sinFBIL．②弯曲导线的有效长度L，等于两端点所连线段的长度；相应的电流方向，沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度0L，所以闭合通电线圈在匀强磁场中，受到安培力的矢量和一定为零．如图所示，甲、乙、丙三段导线的形状和长度不等，但两端点ab、之间的有效直线距离相等，当通以相同的电流时，在同样的磁场中安培力大小相等，而丁图中导线圈闭合，则其安培力合力为零．③公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场．（3）方向判断：①左手定则：伸出左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中受到的安培力的方向．②同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．（4）特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面．（注意：B和I可以有任意夹角）2/82．磁电式电流表磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈．当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用．由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动．线圈转动时，图甲中的螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动．电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大．所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．从图乙和图丙可以看出，安培力总与磁感应强度的方向垂直．为了使电流表表盘的刻度均匀，两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱．这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行（图丙），表盘的刻度就是均匀的了．【安培力】【例1】关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（）A．FBI、、的三者必定均相互垂直B．F必定垂直于BI、，但B不一定垂直于IC．B必定垂直于FI、，但F不一定垂直于ID．I必定垂直于FB、，但F不一定垂直于B【例2】在图中，表示电流I、磁场B和磁场对电流作用力F三者的方向关系正确的是（）3/8【例3】在如图所示各图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是()【例4】一段通电导线，放在同一匀强磁场中的四个不同的位置，如图所示，则（）A．b情况下导线不受安培力B．bc、情况下导线都不受安培力C．c情况下导线受的安培力大于a情况下导线受的安培力D．ab、情况下，导线受的安培力大小相等【例5】一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态：当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()【例6】在磁场中某一点放入一通电导线，导线与磁场垂直，导线长1cm，电流为5A，所受磁场力为2510N．求：（1）这点的磁感应强度是多大?若电流增加为10A，所受磁场力为多大?（2）若让导线与磁场平行，这点的磁感应强度多大?通电导线受到的磁场力多大?【例7】一根长0.2m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是（）A．0.4NB．0.2NC．0.1ND．04/8【例8】磁场中某区域的磁感线如图所示，则（）A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，abBBB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，abBBC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小【例9】如图，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，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（）A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl【磁电式电流表】【例1】关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列正确的有A．通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同B．不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等C．通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同D．不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行【例2】磁电式电流表中通以相同电流时，指针偏转角度越大，表示电流表灵敏度越高，若其余条件都相同，则灵敏度高的电流表具有（）C．比较小的通电线圈的横截面积B．比较“硬”的两个螺旋弹簧C．比较少的通电线圈匝数D．比较强的辐向分布的磁场【例3】实验室经常使用的电流表是磁电式仪表．这种电流表的构造如图甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的电流，下列正确的是（）A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动5/8【磁铁磁场中的导线】【例1】如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线．当导线中通以由外向内的电流时（）A．磁铁受到向左的摩擦力，磁铁对桌面的压力减小B．磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小C．磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大D．磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变【例2】如图所示，一根条形磁棒静止在斜面上，磁棒中心正上方固定着一根水平直导线，通以垂直于纸面向里的恒定电流．现将电流I的方向改为垂直于纸面向外，电流的大小不变，发现磁棒仍静止在斜面上，则磁棒对斜面的压力（）A．增大B．不变C．减小D．缺少条件无法判断【例3】如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为N1F，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当加上电流后，台秤读数为N2F，则以下说法正确的是（）A．12NNFF，弹簧长度将变长B．12NNFF，弹簧长度将变短C．12NNFF，弹簧长度将变长D．12NNFF，弹簧长度将变短【例4】如图甲所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动．当导线通过电流I时，如果只考虑安培力的作用，则从上往下看，导线的运动情况（）A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升6/8【多根通电导线】【例1】如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为1F．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为2F，则此时b受到的磁场力大小变为（）A．2FB．12FFC．12FFD．122FF【例2】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．过c点的导线所受安培力的方向（）A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边E．通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线A受到水平向______的安培力作用．当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A受到的安培力方向水平_____．【例3】如图所示，MN是一条水平放置的固定长直导线，通电电流大小为1I，方向如图，P是一个通有电流2I的与MN共面的金属环，圆环P在磁场作用下（）A．沿纸面向上运动B．沿纸面向下运动C．上半部垂直于纸面向外，下半部垂直于纸面向里运动D．上半部垂直于纸面向里，下半部垂直于纸面向外运动【例4】如图，O为圆心，KNLM、是半径分别为ONOM、的同心圆，若O处垂直纸面放置一载流直导线，电流垂直纸面向外．用一条导线围成如图所示回路KLMN，当回路中沿图示方向通以电流时，此回路将（）A．向左平动B．在纸面向绕过O点垂直于纸面的轴转动C．KL边向外，MN边向里运动D．KL边向里，MN边向外运动ABII7/8【平衡问题】【例1】如图所示，一根质量为m的金属棒AC，用软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流方向由AC，此时悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，必须（）A．改变电流方向，并适当增加电流强度B．不改变电流方向，适当增加电流强度C．改变磁场方向，并适当增大磁感应强度D．不改变磁场方向，适当减少磁感应强度【例2】质量为m的通电细杆ab置于倾角为的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为，有电流时ab恰好在导轨上静止，如图所示，下图是ba方向观察时的四个平面图，标出四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（）【例3】如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角30．金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好．整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中．当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态．若将磁场方向改为竖直向上，要使金属杆仍保持静止状态，可以采取的措施是（）A．减小磁感应强度BB．调节滑动变阻器使电流减小C．减小导轨平面与水平面间的夹角D．将电源正负极对调使电流方向改变【例4】如图所示，通电直导线ab质量为m、长为L，水平的放置在倾角为的光滑斜面上，通以图示方向的电流，电流强度为I，要求导线ab静止在斜面上．（1）若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？（2）若要求磁感应强度最小，则磁感应强度如何？8/8【例5】如图所示，质量m、电阻不计的金属杆ab放在宽为l，倾角为的导轨上，导轨电阻也不计，其上端接电动势为E、内阻为零的直流电源和可变电阻R．磁感应强度B的匀强磁场竖直向上穿过导轨平面．金属杆ab与导轨间的最大静摩擦力为fF．欲使ab棒静止在导轨上不动，求可变电阻R的取值范围．【综合问题】【例1】电磁轨道炮工作原理如图所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面得磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是（）A．只将轨道长度L变为原来的2倍B．只将电流I增加至原来的2倍C．只将弹体质量减至原来的一半D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变【例2】相距为1mL的平行金属导轨放在高0.8mh的水平桌面上，一根质量为3gm的金属棒ab垂直地跨在导轨上，匀强磁场的磁感应强度0.1TB竖直向上，如图所示，当S接通时，金属棒因受到磁场力的作用而被水平抛出，落地点与抛出点之间的水平距离2ms，求S接通后，通过金属棒的总电荷量．（取210m/sg）