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磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用
磁場(chǎng)的描述 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用
【例1】磁體之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的．對(duì)磁場(chǎng)認(rèn)識(shí)正確的是( )
A．磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況 B．磁感線總是由N極出發(fā)指向S極
C．某點(diǎn)磁場(chǎng)的方向與放在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極所指方向一致
D．若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場(chǎng)力的作用，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零
[針對(duì)訓(xùn)練1]．地球是一個(gè)大磁體：①在地面上放置一個(gè)小磁鐵，小磁鐵的南極指向地磁場(chǎng)的南極；②地磁場(chǎng)的北極在地理南極附近；③赤道附近地磁場(chǎng)的方向和地面平行；④北半球地磁場(chǎng)方向相對(duì)地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁場(chǎng)方向都是和地面平行的．以上關(guān)于地磁場(chǎng)的描述正確的是( )
A．①②④ B．②③④ C．①⑤ D．②③
二、對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的理解及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的疊加
1．磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，就像電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定一樣，跟該位置放不放通電導(dǎo)線無(wú)關(guān)，因此F
不能根據(jù)公式B＝B與F成正比，與IL成反比．
IL
2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義式也是其度量式，但用來(lái)測(cè)量的小段通電導(dǎo)線必須垂直放入磁場(chǎng)，如果小段通電導(dǎo)線平行放入磁場(chǎng)，則所受安培力為零，但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零．
3．磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其方向?yàn)榉湃肫渲械男〈裴橃o止時(shí)N極的指向． 4．磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場(chǎng)強(qiáng)度E的比較
電場(chǎng)強(qiáng)度E是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量．這兩個(gè)物理量比較如下表
【例2】 下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的說(shuō)法，正確的是( )
A．通電導(dǎo)線受磁場(chǎng)力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 B．通電導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受力一定大 C．放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中各處的通電導(dǎo)線，受力大小和方向處處相同
D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向跟放在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線受力的大小和方向無(wú)關(guān) 【例3】如圖3所示，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直．磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是( )
A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn) C．c點(diǎn) D．d點(diǎn)
[針對(duì)訓(xùn)練2] 如圖所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在以導(dǎo)線截面的中心為圓心，r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)．已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，則下列敘述正確的是( )
A．直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里
B．b2 T，方向斜向上，與B的夾角為45° C．c點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0
D．d點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度與b點(diǎn)相同
三、安培定則的應(yīng)用及磁場(chǎng)方向的確定
【例4】．如圖5所示，直導(dǎo)線AB、螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn)，它們的磁場(chǎng)互不影響，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，則小磁針的北極N(黑色一端)指示出磁場(chǎng)方向正確的是( )
A．a(chǎn)、c
B．b、c
C．c、d
D．a(chǎn)、d
四、安培力大小的計(jì)算及其方向的判斷 1．安培力大小
(1)當(dāng)I⊥B時(shí)，F(xiàn)＝BIL (2)當(dāng)I∥B時(shí)，F(xiàn)＝0
注意：(1)當(dāng)導(dǎo)線彎曲時(shí)，L是導(dǎo)線兩端的有效直線長(zhǎng)度(如圖所示)
(2)對(duì)于任意形狀的閉合線圈，其有效長(zhǎng)度均為零，所以通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力的矢量和為零．
2．安培力方向：用左手定則判斷，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B與I決定的平面．
【例5】 如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力( )
A．方向沿紙面向上，大小為B．方向沿紙面向上，大小為(C．方向沿紙面向下，大小為(D．方向沿紙面向下，大小為
2＋1)ILB 2－1)ILB ＋1)ILB 2－1)ILB
[針對(duì)訓(xùn)練3] 如圖所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導(dǎo)線的截面，導(dǎo)線中無(wú)電流時(shí)磁鐵對(duì)斜面的壓力為FN1；當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時(shí)，磁鐵對(duì)斜面的壓力為FN2，則下列關(guān)于磁鐵對(duì)斜面壓力和彈簧的伸長(zhǎng)量的說(shuō)法中正確的是( )
A．FN1FN2，彈簧的伸長(zhǎng)量增大 D．FN1>FN2，彈簧的伸長(zhǎng)量減小
五、安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判定
于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動(dòng)？
[針對(duì)訓(xùn)練4]. 圖中的D是置于電磁鐵兩極極間的一段通電直導(dǎo)線，電流方向垂直與直面向里。在電鍵K接通后，導(dǎo)線D所受磁場(chǎng)力的方向是：( ) A、豎直向上 B、豎直向下 C、水平向左 D、水平向右
[針對(duì)訓(xùn)練5]. 兩條長(zhǎng)直導(dǎo)體桿ab和cd異面垂直相隔一小段距離，ab固定，cd可以自由活動(dòng)。當(dāng)兩根導(dǎo)體桿通有如下圖所示方向電流時(shí)，導(dǎo)體桿cd將（ ）
A. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ab B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)ab
C. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)ab D. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ab
六、安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問(wèn)題
1．解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的平衡問(wèn)題，關(guān)鍵是受力分析，只不過(guò)比純力學(xué)中的平衡問(wèn)題要多考慮一個(gè)安培力．
2．畫(huà)好輔助圖(如斜面)，標(biāo)明輔助方向(如B的方向、I的方向等)是畫(huà)好受力分析圖的關(guān)鍵．
3．由于安培力、電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向之間涉及到三維空間，所以在受力分析時(shí)要善于把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖．
【例7】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在的平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E＝4.5 V、內(nèi)阻r＝0.50 Ω的直流電源．現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m＝0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止．導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0
＝
2.5
Ω
，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2.已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：
(1)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流；
(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大��； (3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力．
[針對(duì)訓(xùn)練6]．如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)＝0.5 m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m＝1 kg，電阻R0＝0.9 Ω，與導(dǎo)軌接觸良好；電源電動(dòng)勢(shì)E＝10 V，內(nèi)阻r＝0.1 Ω，電阻R＝4 Ω；外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝5 T，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成α＝53°角；ab與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，定滑輪摩擦不計(jì)，線對(duì)ab的拉力為水平方向，取重力加速度g＝10 m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.求：
(1)通過(guò)ab的電流大小和方向； (2)ab受到的安培力大小； (3)重物重力G的取值范圍．
[針對(duì)訓(xùn)練7]．如圖所示為一電流表的原理示意圖．質(zhì)量為m的均質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過(guò)一掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連，絕緣彈簧勁度系數(shù)為k.在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外．與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù)，MN的長(zhǎng)度大于ab.當(dāng)MN中沒(méi)有電流通過(guò)且處于平衡狀態(tài)時(shí)，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合，當(dāng)MN中有電流通過(guò)時(shí)，指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度．
(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)多少？(重力加速度為g) (2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接？
(3)若k＝2.0 N/m，ab＝0.20 m，cb＝0.050 m，B＝0.20 T，此電流表的量程是多少？(不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用)
(4)若將量程擴(kuò)大2倍，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻螅?/p>
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