高中物理全程学习方略课件：6.1探究磁场对电流的作用（鲁科选修3-1）

欢迎进入物理课堂 1 在下列各图中 标出了磁场的方向 通电直导线中电流I的方向 以及通电直导线所受安培力的方向 其中正确的是 解析 选C A选项中电流受力应向下 B中磁场与电流同向 电流不受安培力作用 D中安培力应垂直纸面向外 故A B D均错 只有C正确 2 如图所示四种情况中 匀强磁场磁感应强度相同 载流导体长度相同 通过的电流也相同 导体受到的磁场力最大 且方向沿着纸面的情况是 A 甲 乙B 甲 丙C 乙 丁D 乙 丙 解析 选C 甲图所示情况 B与I不垂直 且安培力垂直纸面向里 乙图所示情况中 B与I垂直 安培力在纸面内竖直向下 丙图所示情况中 B与I平行 安培力为0 丁图所示情况中B与I垂直 安培力在纸面内垂直I斜向左上 综合以上分析知 符合要求的为乙 丁两种情况 故C正确 3 发现通电导线周围存在磁场的科学家是 A 洛伦兹B 库仑C 法拉第D 奥斯特 解析 选D 1820年4月 奥斯特在哥本哈根大学的一间教室上课 在做实验时 发现通电导线周围存在磁场 4 2010 陕西师大附中高二检测 如图所示 磁感应强度和通电导体中的电流方向均垂直纸面向里 则关于通电导体所受磁场力 下面判断正确的是 A 磁场力垂直导体 方向向左B 磁场力垂直导体 方向向右C 磁场力垂直导体 方向向上D 磁场力为零 解析 选D 电流方向与磁场方向平行 通电导线所受磁场力为零 故选D 5 关于通电导线所受安培力F的方向 磁场B的方向和电流I的方向之间的关系 下列说法正确的是 A F B I三者必须保持相互垂直B F必须垂直B I 但B I可以不相互垂直C B必须垂直F I 但F I可以不相互垂直D I必须垂直F B 但F B可以不相互垂直 解析 选B 安培力F总是与磁场B和电流I决定的平面垂直 但B与I 即导线 可以垂直 也可以不垂直 如果通电导线受安培力时 力F与磁场及力F与导线都是垂直的 故A C D均错 B正确 6 如图所示 平行金属导轨PQ与MN都与水平面成 角 相距为l 一根质量为m的金属棒ab在导轨上 并保持水平方向 ab棒内通有恒定电流 电流大小为I 方向从a到b 空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场 ab棒在磁场力作用下保持静止 并且棒与导轨间没有摩擦力 求磁感应强度B的大小和方向 解析 金属棒受力如图所示 根据力的平衡条件可知 F安 mgsin 而F安 BIl 可得B 由左手定则可知 B的方向垂直于导轨平面向下答案 方向垂直导轨平面向下 典例1 2010 上海高考 如图 长为2l的直导线拆成边长相等 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 标准解答 选C 方法1 导线有效长度为2lsin30 l 根据安培力公式 该V形通电导线受到的安培力大小为BIl 方法2 由安培力大小公式F IlB知V形导线每边受力为IlB 方向如图所示 其合力大小为2Fsin30 F IlB C对 变式训练 2009 全国高考 如图 一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为L 且 abc bcd 135 流经导线的电流为I 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 A 方向沿纸面向上 大小为 1 ILBB 方向沿纸面向上 大小为 1 ILBC 方向沿纸面向下 大小为 1 ILBD 方向沿纸面向下 大小为 1 ILB 解析 选A 导线段abcd的有效长度为线段ad 由几何知识知Lad 1 L 故线段abcd所受的合力大小F ILadB 1 ILB 导线有效长度的电流方向为a d 据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上 故A项正确 典例2 关于磁场对通电直导线的作用力 安培力 下列说法不正确的是A 通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D 通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面 思路点拨 解答本题应把握以下两点 标准解答 选A 由F IlBsin 可知 当 0 时 F 0 故A错误 由左手定则可知 安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面 所以B C D正确 故选A 变式训练 2010 会昌中学高二检测 赤道上某处有一竖直的避雷针 当带有正电的乌云经过避雷针的上方时 避雷针开始放电 则地磁场对避雷针的作用力的方向为 A 正东B 正南C 正西D 正北 解析 选A 避雷针放电时 电流方向竖直向下 该处地磁场方向水平向北 由左手定则可知 该处安培力的方向向东 故A正确 B C D均错误 典例3 在倾角为 的光滑斜面上 置一通有电流I 长为L 质量为m的导体棒 如图所示 试问 1 欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向 2 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向 思路点拨 解答本题时 可按以下思路分析 标准解答 1 棒在斜面上处于静止状态 故受力平衡 棒共受三个力作用 重力大小为mg 方向竖直向下 弹力垂直于斜面 大小随磁场力的变化而变化 磁场力始终与磁场方向及电流方向垂直 大小随方向不同而改变 但由平衡条件知 斜面弹力与磁场力的合力必与重力mg等大反向 故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时 安培力最小Fmin mgsin 所以B 由左手定则知 B的方向应垂直斜面向上 2 棒静止在斜面上 又对斜面无压力 则棒只受两个力作用 即竖直向下的重力mg和磁场力F作用 由平衡条件知F mg 且磁场力F竖直向上 所以BIL mg 故B 由左手定则知B的方向水平向左 答案 1 垂直于斜面向上 2 水平向左 变式训练 2010 南开区高二检测 如图所示 直导体棒放在倾斜的导轨上 当导体棒通以垂直于纸面向里的电流时 恰能在导轨上静止 下列情况中 棒与导轨间的摩擦力可能为零的是 解析 选A C A图中导体棒受到的安培力竖直向上 若F安 mg 则导体棒不受摩擦力 A对 B图中导体棒所受安培力垂直导轨向下 若它不受摩擦力 其合力沿导轨向下 导体棒不会静止 B错 C图中导体棒所受安培力水平向右 它所受的安培力 重力 支持力合力为零时 它不受摩擦力 C对 D图中安培力竖直向下 若导体棒不受摩擦力 它的合力沿导轨向下 故它不会静止于导轨上 D错 典例4 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 当两线圈通以如图所示的电流时 从左向右看 线圈L1将 A 不动B 顺时针转动C 逆时针转动D 向纸面内平动 思路点拨 解答本题应把握以下两点 标准解答 选B 方法一 等效分析法把线圈L1等效为小磁针 该小磁针刚好处于环形电流L2的中心 通电后 小磁针的N极应指向该环形电流L2的磁场方向 由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上 而L1等效成小磁针转动前N极应指向纸里 因此应由向纸里转为向上 所以从左向右看 线圈L1顺时针转动 方法二 利用结论法环形电流L1 L2之间不平行 则必有相对转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可得L1的转动方向应是 从左向右看线圈L1顺时针转动 1 2010 临沂高二检测 下列说法中错误的是 A 磁场中某处的磁感应强度大小 就是通以电流I 长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I L乘积的比值B 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用 该处不一定没磁场C 一小段通电导线放在磁场中A处时受到的磁场力比放在B处大 则A处磁感应强度比B处大D 因为B 所以某处磁感应强度的大小与F成正比 与IL乘积成反比 解析 选A C D 当B与I垂直时 磁场中某处的磁感应强度大小等于通以电流I 长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I L乘积的比值 若B与I不垂直 则该关系不成立 故A错误 一小段通电导线放在某处所受安培力的大小不仅与B I L的大小有关 还与B I的方向有关 若二者平行 不论磁感应强度B多大 安培力都为0 即使各处的磁感应强度相同 若B与I间的夹角不同 安培力也不同 故B对C错 B 只是磁感应强度的定义式 磁感应强度B仅由磁场本身决定 与F I L无关 故D也错误 2 2010 佛山高二检测 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 A 通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大B 磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向C 放在匀强磁场中各处的通电导线 受力大小和方向处处相同D 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 解析 选D 一小段通电导线放在某处所受安培力的大小不仅与B I L的大小有关 还与B I的方向有关 若B与I间的夹角不同 安培力也不同 故A C错误 磁感线的指向与磁感应强度的大小无关 磁感线的疏密可以表示磁感应强度的大小 B错误 磁感应强度B仅由磁场本身决定 与F I L无关 故D正确 3 2010 宁德高二检测 在蹄形磁铁的上方用橡皮绳悬挂一根直导线CD 当导线中通有沿CD方向的电流时 在磁场力的作用下 直导线CD将 A 向下平动 橡皮绳再伸长一些B 向纸面外平动 橡皮绳再伸长一些C C端向纸面外转动 D端向纸里转动 橡皮绳再伸长一些D D端向纸面外转动 C端向纸里转动 橡皮绳缩短一些 解析 选C 通电导线左侧处于斜向上的磁场中 据左手定则可知 通电导线左侧所受安培力向外 通电导线右侧处于斜向下的磁场中 据左手定则可知 通电导线右侧所受安培力向里 转过90 后 电流向里 电流所在处磁场水平向右 据左手定则可知 通电导线所受安培力方向向下 因此导线C端向纸面外转动 D端向纸里转动 橡皮绳受到竖直向下的拉力再伸长一些 4 2010 三明高二检测 如图所示 在倾角为 的光滑斜面上 垂直纸面水平放置一根长为L1 质量为m的通电直导线 电流方向垂直纸面向里 欲使导线静止于斜面上 则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是 A B mgtan IL 方向垂直斜面向下B B mgtan IL 方向竖直向下C B mg IL 方向水平向右D B mgcos IL 方向水平向右 解析 选B 对于A选项 当B mgtan IL 方向垂直斜面向下时 安培力沿斜面向上 大小为mgtan 不等于重力沿斜面的分力mgsin A错误 对于B选项 B mgtan IL 方向竖直向下时 安培力水平向左 大小为mgtan 由受力平衡可知 导线在重力 安培力 斜面的支持力的作用下平衡 故B正确 对于C选项 当B mg IL 方向水平向右时 安培力竖直向下 导线不会平衡 C错误 对于D选项 当B mgcos IL 方向水平向右时 安培力竖直向下 导线不会平衡 D错误 5 2009 重庆高考 在如图所示电路中 电池均相同 当电键S分别置于a b两处时 导线MM 与NN 之间的安培力的大小分别为Fa Fb 可判断这两段导线 A 相互吸引 Fa FbB 相互排斥 Fa FbC 相互吸引 Fa FbD 相互排斥 Fa Fb 解析 选D 电键S闭合后 MM NN 中产生平行反向电流 据安培定则和左手定则可知 两导线相互排斥 A C错 电键S置于b处时 两段导线中的电流较大 导线产生较强的磁场 对另一导线产生较大的安培斥力 即Fa Fb 故B错 D对 6 2010 枣庄高二检测 把一根长为L 10cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中 1 当导线中通以I1 2A的电流时 导线受到的安培力大小为1 0 10 7N 试求该磁场的磁感应强度的大小B 2 若该导线中通以I2 3A的电流 试求此时导线所受安培力大小F 并判断安培力的方向 解析 1 根据F BIL得B 5 10 7T 2 当导线中电流变化时 导线所在处的磁场不变 则F BIL 1 5 10 7N方向 根据左手定则 导线所受安培力方向垂直于导线向上 1 5分 一根长为0 2m的电流为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 0 解析 选B C D 根据安培力的定义 当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时 磁场力有最大值为F BIL 0 5 2 0 2N 0 2N 当两方向平行时 磁场力有最小值为0 随着二者方向夹角的不同 磁场力大小可能在0 2N与0之间取值 故B C D均有可能 2 5分 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 图是沿b a方向观察时的四个平面图 标出了四种不同的匀强磁场的方向 其中杆与导轨间的摩擦力可能为零的是 解析 选A B A中安培力水平向右 若摩擦力为0 细杆在重力 安培力 斜面的支持力的作用下可以平衡 故A正确 B中安培力竖直向上 只要安培力等于重力 也可平衡 故B正确 C中安培力竖直向下 D中安培力水平向左 如果没有摩擦力 细杆不可能平衡 故C D均错误 3 5分 关于磁感应强度与通电导线在磁场中受力情况及其相互关系 下列说法中正确的是 A 一小段通电直导线在磁场中不受安培力作用 该处磁感应强度一定为零B 一小段通电直导线所受安培力的方向一定与磁场方向垂直C 一小段通电直导线所受安培力的方向 磁场方向 导线中的电流方向 这三者总是互相垂直的D 通电直导线在磁场中所受安培力越大 其磁感应强度一定越大 解析 选B 如果磁场方向与电流平行 不论磁感应强度多大 安培力都为0 故A错误 安培力一定垂直于电流和磁场所在的平面 B正确 磁场方向与电流方向之间的夹角是任意的 C错误 安培力大小由B I L及B I间的夹角共同决定 安培力大 磁感应强度B不一定大 4 2009 海南高考 5分 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 解析 选D A图中导线不受力 故它不会弯曲 A错 B图中导线受到垂直纸面向里的安培力 它不会向右弯曲 B错 C中导线受到水平向右的安培力 导线不会向左弯曲 C错 D中导线受到水平向右的安培力 故它向右弯曲 D对 5 2010 台州高二检测 5分 如图所示 一小段通电直导线长为l 电流为I 方向沿x轴正方向 它受到的磁场力大小为F 沿z轴正方向 下列判断正确的有 A 磁场一定沿z轴正方向B 磁场一定沿y轴正方向C 磁场一定有沿y轴正方向的分量D 磁感应强度的大小一定大于等于F Il 解析 选C 由于安培力沿z轴正向 磁场一定在xOy平面内 一定有沿y轴方向的分量 但不一定沿y轴方向 磁感应强度也不一定等于F Il 故只有C正确 6 5分 如图所示 把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面 当线圈内通入图示方向的电流后 则线圈 A 向左运动B 向右运动C 静止不动D 无法确定 解析 选A 方法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培定则 线圈等效成小磁针后 左端是S极 右端是N极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 方法二 电流元法 如图所示 取其中的上 下两小段分析 根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 7 10分 如图所示 ab cd为两根相距0 2m的平行金属导轨 水平放置在垂直纸面向里的匀强磁场中 质量为0 3kg的通电导体棒MN静止于水平导轨上 通以5A的电流时 轻轻推动棒 棒沿导轨做匀速运动 当棒中电流增加到8A时 棒能获得2m s2的加速度 则匀强磁场的磁感应强度的大小为多少 解析 当通以5A的电流时I1LB Ff 0 当棒中电流增加到8A时I2LB Ff ma 把L 0 2m m 0 3kg I1 5A I2 8A a 2m s2代入 解得B 1T 答案 1T 8 10分 质量为m 0 02kg的通电细杆ab置于倾角为 37 的平行放置的导轨上 导轨的宽度d 0 2m 杆ab与导轨间的动摩擦因数 0 4 磁感应强度B 2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下 如图所示 现调节滑动变阻器的触头 试求出为使杆静止不动 通过ab杆的电流范围为多少 取g 10m s2 解析 杆ab中的电流从a到b 所受的安培力方向平行于导轨向上 当电流较大时 导体有向上的运动趋势 所受静摩擦力向下 当静摩擦力达到最大时 安培力为最大值F1 此时通过ab的电流最大为Imax 同理 当电流最小时 应该是导体受向上的最大静摩擦力 此时的安培力为F2 电流为Imin 正确地画出两种情况下的受力图 由平衡条件列方程求解 根据图甲列式如下 F1 mgsin f1 0 N mgcos 0 f1 N F1 BImaxd解上述方程得 Imax 0 46A 根据图乙列式如下 F2 f2 mgsin 0 N mgcos 0 f2 N F2 BImind解上述方程得Imin 0 14A 答案 0 14A I 0 46A 1 把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中 图中能正确反映各量间关系的是 解析 选B C 磁感应强度B与F I L无关 是由磁场本身的性质决定的 故B对D错 由F BIL可知在B一定时 F与IL成正比 故A错C对 2 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F1 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F2 则此时b受到磁场力的大小变为 A F2B F1 F2C F1 F2D 2F1 F2 解析 选A 导线a受到导线b中电流磁场的作用力F1 方向向左 如图所示 a对b的作用力F1 方向向右 当加上一与纸面垂直的匀强磁场后 磁场对a b的作用力分别为Fa和Fb 且Fa和Fb方向相反 若Fa向左 则Fb向右 a受力为F2 F1 Fa b受力F2 F1 Fb 且F2与F2 大小相等 方向相反 反之 F2 F1 Fa F2 F1 Fb F2 与F2仍大小相等 方向相反 故正确答案为A 3 如图所示的天平可用来测定磁感应强度 天平的右臂下面挂有一个矩形线圈 宽为L 共N匝 线圈下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面 当线圈中通有电流I时 方向如图所示 在天平左 右两盘各加质量分别为m1 m2的砝码 天平平衡 当电流反向时 大小不变 右盘再加上质量为m的砝码后 天平重新平衡 由此可知 A 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为B 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为C 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为D 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 解析 选B 本题考查安培力与受力平衡 由题意可知 电流反向前受安培力向下 反向后受安培力向上 根据左手定则可知磁场方向垂直纸面向里 由平衡条件知 电流反向前 m1g m2g F安 电流反向后 m1g m2g F安 mg 解得2F安 mg 又F安 NBIL 所以B 故正确答案为B 4 当两根长直通电导线平行放置时 下列说法中正确的是 A 电流同向时相互吸引B 电流同向时相互排斥C 电流反向时相互吸引D 电流反向时相互排斥 解析 选A D 如图甲 a b为两根平行放置的直导线 电流方向相同 由安培定则可知 b处在a所产生的垂直纸面向里的磁场中 由左手定则可知b所受安培力水平向左 同理a处在b所产生的磁场中 所受安培力向右 所以电流同向时相互吸引 A正确 B错误 当电流反向时如图乙中的c d 同样的方法判断电流反向时相互排斥 C错误 D正确 5 如图所示 一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面 导线和金属环中的电流如图所示 那么金属环所受安培力 A 沿圆环半径向里B 等于零C 沿圆环半径向外D 水平向左 解析 选B 环形电流I1和直线电流I2激发的磁场的磁感线处处平行 所以金属环所受安培力为零 故B正确 A C D错误 6 一条形磁铁放在水平桌面上 在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒 图中只画出此棒的横截面图 并标出此棒中的电流是流向纸内的 在通电的一瞬间可能产生的情况是 A 磁铁对桌面的压力减小B 磁铁对桌面的压力增大C 磁铁受到向右的摩擦力D 磁铁受到向左的摩擦力 解析 选A D 对导体棒通电后 由左手定则 导体棒受到斜向左下的安培力 由牛顿第三定律可得 磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上 所以在通电的一瞬间 磁铁对桌面的压力减小 磁铁受到向左的摩擦力 因此A D正确 7 在原子反应堆中抽动液态金属等导电液时 由于不允许转动机械部分与这些流体相接触 常使用一种电磁泵 图表示这种电磁泵的结构 将导管置于磁场中 当电流I穿过导电液时 这种导电液即被驱动 若导管的内横截面积为a h 磁场区域的宽度为L 磁感应强度为B 导电液穿过磁场区域的电流为I 求驱动力所产生的压强 解析 磁场垂直导管向外 通电导管的电流方向竖直向上 通电导电液的有效长度为h 故通电导电液受安培力F IhB 方向水平向右 在此力作用下 导电液向右运动 此安培力产生的压强 答案 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全