（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用學(xué)案（含解析）.doc

磁場的描述 磁場對電流的作用新課程標(biāo)準(zhǔn)核心知識提煉1.了解我國古代對磁現(xiàn)象的認(rèn)識和應(yīng)用及其對人類文明的影響。2.通過實(shí)驗(yàn)，了解磁場。知道磁場是一種物質(zhì)，體會場的統(tǒng)一性與多樣性。知道磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量。能用磁感線描述磁場。體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。3.知道電流的磁場。會判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍的磁場方向。4.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識安培力。能判斷安培力的方向，會計(jì)算安培力的大小。了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。5.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向，會計(jì)算洛倫茲力的大小。能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)。了解帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)原理及其應(yīng)用。磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量磁感線電流產(chǎn)生的磁場安培定則安培力的方向和大小洛倫茲力的方向和大小帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)原理及其應(yīng)用第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場力的作用。 2磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場的強(qiáng)弱和方向。(2)大?。築。注1(3)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向，也就是小磁針靜止時(shí)N極的指向。(4)單位：特斯拉(T)。3勻強(qiáng)磁場(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強(qiáng)磁場。(2)特點(diǎn)：磁感線疏密程度相同、方向相同。二、磁感線通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向1磁感線及其特點(diǎn)(1)磁感線：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。(2)特點(diǎn)注2磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。磁感線的疏密定性地表示磁場的強(qiáng)弱。磁感線是閉合曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)。磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。2電流的磁場通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流安培定則三、安培力、安培力的方向勻強(qiáng)磁場中的安培力1安培力的大小(1)磁場和電流垂直時(shí)：FBIL。(2)磁場和電流平行時(shí)：F。2安培力的方向左手定則判斷： 注3(1)伸出左手，讓拇指與其余四指垂直，并且都在同一個(gè)平面內(nèi)。(2)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流方向。(3)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。【注解釋疑】注1 B的大小和方向由磁場本身決定，與該處放不放通電導(dǎo)線無關(guān)，在定義式中一定要強(qiáng)調(diào)通電導(dǎo)線垂直于磁場。注2 磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，磁感線是假想的曲線；磁感線是閉合的曲線，而電場線是不閉合的曲線。注3 安培力方向一定垂直電流與磁場方向決定的平面，即同時(shí)有FAI，F(xiàn)AB。而磁場與電流的方向可以不垂直。 深化理解1電流不受安培力或運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力，都不能說明該處沒有磁場，這一點(diǎn)與電場不同，電荷在電場中一定受電場力作用。2安培力可以做功，而洛倫茲力永不做功。3安培力的沖量IBLq。基礎(chǔ)自測一、判斷題(1)磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，跟放在該點(diǎn)的試探電流元的情況無關(guān)。()(2)磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，跟放在該點(diǎn)的試探電流元所受磁場力的方向一致。()(3)垂直磁場放置的線圈面積減小時(shí)，穿過線圈的磁通量可能增大。()(4)小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。()(5)在同一幅圖中，磁感線越密，磁場越強(qiáng)。()(6)將通電導(dǎo)線放入磁場中，若不受安培力，說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。()(7)1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱為電流的磁效應(yīng)。()二、選擇題1粵教版選修31 P84T1把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場中，導(dǎo)線受到安培力的作用。關(guān)于安培力的方向，下列說法中正確的是()A安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，但不一定跟電流方向垂直C安培力的方向一定跟電流方向垂直，但不一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直D安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直解析：選D根據(jù)左手定則可知，安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，故D正確。2教科版選修31 P83T3(多選)如圖為通電螺線管。A為螺線管外一點(diǎn)，B、C兩點(diǎn)在螺線管的垂直平分線上，則下列說法正確的是()A磁感線最密處為A處，最疏處為B處B磁感線最密處為B處，最疏處為C處C小磁針在B處和A處N極都指向左方D小磁針在B處和C處N極都指向右方解析：選BC根據(jù)安培定則可知，A、B兩處磁場方向向左，C處磁場方向向右；根據(jù)通電螺線管周圍的磁感線分布情況可知，B處磁感線最密，C處磁感線最疏。3(多選)一小段長為L的通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，當(dāng)通過它的電流為I時(shí)，所受安培力為F。以下關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的說法正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定等于B磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能大于或等于C磁場中通電直導(dǎo)線受安培力大的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大D在磁場中通電直導(dǎo)線也可以不受安培力答案：BD4.人教版選修31 P94T3改編如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是()解析：選A由安培力FBIL可知，線圈在磁場中的有效長度越大，天平越容易失去平衡，故A正確。高考對本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在安培定則和磁場疊加、安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判斷與平衡問題，對三個(gè)考點(diǎn)的考查，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對安培力作用下的平衡問題有時(shí)考查計(jì)算題，難度中等?？键c(diǎn)一安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加基礎(chǔ)自修類題點(diǎn)全練1安培定則的應(yīng)用如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說法正確的是()Aa、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)Bb的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)Cb、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)Db的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)解析：選B由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，等效電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)，磁場中某點(diǎn)的磁場方向即是放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極的指向，所以小磁針b的N極向紙外轉(zhuǎn)，a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)。故B正確。2兩電流產(chǎn)生磁場的疊加(多選)(2018全國卷)如圖，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點(diǎn)，它們相對于L2對稱。整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場中，外磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B0和B0，方向也垂直于紙面向外。則()A流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0B流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0C流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0D流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0解析：選AC外磁場、電流的磁場方向如圖所示，由題意知在b點(diǎn)：B0B0B1B2在a點(diǎn)：B0B0B1B2由上述兩式解得B1B0，B2B0，故A、C正確。3多個(gè)電流產(chǎn)生磁場的疊加四根相互平行的通電長直導(dǎo)線a、b、c、d電流均為I，如圖所示放在正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，每根通電直導(dǎo)線單獨(dú)存；在時(shí)，正方形中心O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都是B，則四根通電導(dǎo)線同時(shí)存在時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?yàn)?)A2B，方向向左B2B，方向向下C2B，方向向右 D2B，方向向上解析：選A根據(jù)安培定則判斷四根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向分別為：a導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)镺d方向；c導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)镺d方向；同理，b導(dǎo)線產(chǎn)生的方向?yàn)镺a方向，d導(dǎo)線產(chǎn)生的方向?yàn)镺a方向，則根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行合成可知，所以四根導(dǎo)線同時(shí)存在時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，方向水平向左。故A正確。名師微點(diǎn)1安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場四指大拇指2.磁場的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則?？键c(diǎn)二安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判斷師生共研類1判定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢的方向。2五種常用判定方法電流元法分割為電流元安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法在特殊位置安培力方向運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針，通電螺線管條形磁鐵結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向典例如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)()A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升解析如圖甲所示，把直線電流等效為無數(shù)小段，中間的點(diǎn)為O點(diǎn)，選擇在O點(diǎn)左側(cè)S極右上方的一小段為研究對象，該處的磁場方向指向左下方，由左手定則判斷，該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里，在O點(diǎn)左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力，把各段電流元受到的力合成，則O點(diǎn)左側(cè)導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力；同理判斷出O點(diǎn)右側(cè)的導(dǎo)線受到垂直紙面向外的安培力。因此，由上向下看，導(dǎo)線沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時(shí)的情形，如圖乙所示。導(dǎo)線中的電流向外，由左手定則可知，導(dǎo)線受到向下的安培力。由以上分析可知，導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。選項(xiàng)A正確。答案A題點(diǎn)全練1等效法如圖所示，在固定放置的條形磁鐵S極附近懸掛一個(gè)金屬線圈，線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)在線圈中通入沿圖示方向流動(dòng)的電流時(shí)，將會看到()A線圈向左平移B線圈向右平移C從上往下看，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵D從上往下看，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵解析：選C把通電線圈等效成小磁針，等效小磁針的N極垂直于紙面向外，根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引可知：從上往下看，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵，C正確。2結(jié)論法與電流元法組合如圖所示，一通電金屬環(huán)固定在絕緣的水平面上，在其左端放置一可繞中點(diǎn)O自由轉(zhuǎn)動(dòng)且可在水平方向自由移動(dòng)的豎；直金屬棒，中點(diǎn)O與金屬環(huán)在同一水平面內(nèi)，當(dāng)在金屬環(huán)與金屬棒中通有圖中所示方向的電流時(shí)，則()A金屬棒始終靜止不動(dòng)B金屬棒的上半部分向紙面外轉(zhuǎn)，下半部分向紙面里轉(zhuǎn)，同時(shí)靠近金屬環(huán)C金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn)，下半部分向紙面外轉(zhuǎn)，同時(shí)靠近金屬環(huán)D金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn)，下半部分向紙面外轉(zhuǎn)，同時(shí)遠(yuǎn)離金屬環(huán)解析：選B由通電金屬環(huán)產(chǎn)生的磁場特點(diǎn)可知，其在金屬棒的上半部分產(chǎn)生有水平向左的磁場分量，由左手定則可判斷金屬棒上半部分受到方向垂直紙面向外的安培力，故向紙面外轉(zhuǎn)；同理可判斷金屬棒的下半部分向紙面里轉(zhuǎn)。當(dāng)金屬棒轉(zhuǎn)動(dòng)到平行水平面時(shí)，由同向電流相吸，反向電流相斥可知，金屬棒在靠近金屬環(huán)，B正確。3一題多法一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以；圖示方向的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將()A不動(dòng)B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D在紙面內(nèi)平動(dòng)解析：選B法一：電流元法把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中，根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上，由左手定則可得，上半部分電流元所受安培力均指向紙外，下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。法二：等效法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場方向，由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。法三：結(jié)論法環(huán)形電流I1、I2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得，從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。故B正確。考點(diǎn)三安培力作用下的平衡問題多維探究類題型(一)安培力的疊加例1(多選)(2017全國卷)如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反。下列說法正確的是()AL1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直BL3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11DL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1解析由安培定則可判斷出L2在L1處產(chǎn)生的磁場(B21)方向垂直L1和L2的連線豎直向上，L3在L1處產(chǎn)生的磁場(B31)方向垂直L1和L3的連線指向右下方，根據(jù)磁場疊加原理，L3和L2在L1處產(chǎn)生的合磁場(B合1)方向如圖1所示，根據(jù)左手定則可判斷出L1所受磁場作用力的方向與L2和L3所在平面平行，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同理，如圖2所示，可判斷出L3所受磁場(B合3)作用力的方向(豎直向上)與L1、L2所在平面垂直，選項(xiàng)B正確；同理，如圖3所示，設(shè)一根長直導(dǎo)線在另一根導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，根據(jù)幾何知識可知，B合1B，B合2B，B合3B，由安培力公式FBIL可知L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案BC安培力的大小安培力大小計(jì)算常用公式FBIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B與L垂直；(2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度。如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端。因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強(qiáng)磁場中，受到的安培力的矢量和為零。題型(二)通電金屬棒的平衡問題例2(多選)如圖所示，空間中有一斜向右下方、與水平方向成角的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一絕緣豎直擋板AC垂直于紙面所在的平面豎直放置，一根通有垂直紙面向外的電流的水平金屬桿，緊貼擋板上的O點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是()A若擋板AC表面光滑，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止于O點(diǎn)B若擋板AC表面光滑，略增大桿中電流，要使桿仍然靜止，可將擋板繞過O點(diǎn)垂直紙面的軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度C若擋板AC表面粗糙，略增大桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力一定增大D若擋板AC表面粗糙，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力方向可能豎直向上解析若擋板AC表面光滑，則桿受重力G、支持力N和安培力F的作用而靜止，如圖甲所示，根據(jù)平衡條件有Fcos G，而FBIL，得BILcos G，當(dāng)略減小桿中電流I時(shí)，有BILcos <G，則桿將向下做加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若擋板AC表面光滑，則桿受重力G、支持力N和安培力F三個(gè)力的作用而靜止，三力平衡時(shí)，三個(gè)力可以構(gòu)成首尾相連的矢量三角形，如圖乙所示，略增大桿中電流I，則安培力F(方向不變)略增大，要使桿重新平衡，支持力N必須逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，即將擋板繞過O點(diǎn)垂直紙面的軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，選項(xiàng)B正確；若擋板AC表面粗糙，則桿可能受重力、支持力、靜摩擦力和安培力的作用而靜止，其中靜摩擦力的方向可能豎直向上，也可能豎直向下，靜摩擦力還可能為零，略增大桿中電流I，安培力F增大，桿可能仍然靜止，若原靜摩擦力方向豎直向上，根據(jù)Fcos fmg知，靜摩擦力f可能減少，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若擋板AC表面粗糙，略減小桿中電流I，安培力F減小，桿可能仍然靜止，若原靜摩擦力f方向豎直向上，根據(jù)Fcos fmg知，靜摩擦力f增加且方向仍豎直向上，選項(xiàng)D正確。答案BD延伸思考(1)若G>BILcos ，桿是否受靜摩擦力f？方向如何？略增大I時(shí)，f如何變化？(2)若GBILcos ，桿是否受靜摩擦力f？略增大或減少I時(shí)，f如何變化？(3)若G<BILcos ，桿是否受靜摩擦力f？方向如何？若減小I時(shí)，f如何變化？(4)若金屬桿隨粗糙擋板一起水平向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，擋板保持豎直，其他條件均不變，則與擋板靜止時(shí)相比較，桿受的安培力、支持力、摩擦力如何變化？提示：(1)受靜摩擦力，豎直向上，I增大時(shí)，f減小，可減為零。(2)不受靜摩擦力，I增大時(shí)，f豎直向下增大，I減小時(shí)，f豎直向上增大。(3)受靜摩擦力，豎直向下，I減小時(shí)，f減小，可減為零。(4)安培力不變，支持力變大，摩擦力不變。題型(三)通電線框的平衡問題例3如圖所示，一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd，bc邊長為l，線框的下半部分處在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線框平面垂直(在圖中垂直于紙面向里)，線框中通以電流I，方向如圖所示，開始時(shí)線框處于平衡狀態(tài)。令磁場反向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B，線框達(dá)到新的平衡，則在此過程中線框位移的大小x及方向是()Ax，方向向上Bx，方向向下Cx，方向向上 Dx，方向向下解析線框在磁場中受重力、安培力、彈簧彈力處于平衡狀態(tài)，安培力為FAnBIl，且開始時(shí)方向向上，改變磁場方向后安培力方向向下，大小不變。設(shè)在磁場反向之前彈簧的伸長量為x，則磁場反向之后彈簧的伸長量為(xx)，由平衡條件知kxnBIlmg及k(xx)nBIlmg，聯(lián)立解得x，且線框向下移動(dòng)，B對。答案B共性歸納(1)安培力作用下的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法是相同的，只不過多了安培力，解題的關(guān)鍵仍是受力分析。(2)視圖轉(zhuǎn)換：對于安培力作用下的力學(xué)問題，線框的受力邊及金屬棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上，這時(shí)應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，變立體圖為二維平面圖。(3)在剖面圖中，線框的受力邊及金屬棒可用小圓圈代替，垂直剖面方向的電流可用“”或“”表示，垂直剖面方向的磁場可用“”或“”表示，但垂直剖面方向的力不能用“”或“”表示。題點(diǎn)全練1安培力的計(jì)算如圖所示，一個(gè)邊長為L的正方形金屬框豎直放置，各邊電阻相同，金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直金屬框平面向里的勻強(qiáng)磁場中。若A、B兩端與導(dǎo)線相連，由A到B通以如圖所示方向的電流(由A點(diǎn)流入，從B點(diǎn)流出)，流過AB邊的電流為I，則金屬框受到的安培力大小和方向分別為()A2BIL，豎直向下 B.BIL，豎直向上CBIL，豎直向上 D.BIL，豎直向下解析：選B由題圖可知，電流由A點(diǎn)流入，從B點(diǎn)流出，則有AB和ADCB的電流，而ADCB的電流產(chǎn)生的安培力可等效成DC邊受到的安培力，由于流過AB邊電流為I，根據(jù)電路并聯(lián)特點(diǎn)，流過DC邊的電流為I，因此金屬框受到的合安培力為BIL，根據(jù)左手定則，方向豎直向上，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。2安培力作用下的平衡問題一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠右極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒，圖中只畫出此棒的截面圖，并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，逐漸增大導(dǎo)電棒中的電流，磁鐵一直保持靜止?？赡墚a(chǎn)生的情況是()A磁鐵對桌面的壓力不變B磁鐵對桌面的壓力一定增大C磁鐵受到摩擦力的方向可能改變D磁鐵受到的摩擦力一定增大解析：選D以導(dǎo)電棒為研究對象，由于磁場方向未知，由左手定則判斷得知導(dǎo)電棒所受安培力方向斜向左下方或右上方，根據(jù)牛頓第三定律得知，導(dǎo)電棒對磁鐵的作用力方向斜向右上方或左下方，安培力的水平分力等于摩擦力，逐漸增大導(dǎo)電棒中的電流，安培力增大，摩擦力增大，方向不變，故C錯(cuò)誤，D正確。由于導(dǎo)電棒對磁鐵的作用力可能斜向上，也可能斜向下，無法判斷對桌面的壓力的變化，故A、B錯(cuò)誤。專項(xiàng)研究拓視野安培力作用下的力電綜合問題安培力和重力、彈力、摩擦力一樣，會使通電導(dǎo)體在磁場中平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)、加速，也會涉及做功問題。解答時(shí)一般要用到動(dòng)能定理、能量守恒定律等。(一)周期性變化的安培力做功問題1(多選)如圖1所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒。從t0時(shí)刻起，棒上有如圖2所示的持續(xù)交變電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向?yàn)殡娏髡较?。則金屬棒()A一直向右移動(dòng)B速度隨時(shí)間周期性變化C受到的安培力隨時(shí)間周期性變化D受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功解析：選ABC由左手定則可知，金屬棒一開始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電流反向以后，金屬棒開始做勻減速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一個(gè)周期速度變?yōu)?，然后重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)A、B正確；安培力FBIL，由圖像可知前半個(gè)周期安培力水平向右，后半個(gè)周期安培力水平向左，不斷重復(fù)，選項(xiàng)C正確；一個(gè)周期內(nèi)，金屬棒初、末速度相同，由動(dòng)能定理可知安培力在一個(gè)周期內(nèi)不做功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(二)電磁炮中的功能關(guān)系2.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，利用這種裝置可以把質(zhì)量為2.0 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6 km/s。若這種裝置的軌道寬2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，求軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和磁場力的最大功率。(軌道摩擦不計(jì))解析：電磁炮在安培力的作用下，沿軌道做勻加速運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥ㄟ^100 m的位移加速至6 km/s，利用動(dòng)能定理可得F安sEk，即BILsmvm20代入數(shù)據(jù)可得B18 T。運(yùn)動(dòng)過程中，磁場力的最大功率為PFvmBILvm2.16106 W。答案：18 T2.16106 W(三)安培力作用下的平拋問題3.如圖所示，在水平放置的光滑平行導(dǎo)軌一端架著一根質(zhì)量m0.04 kg的金屬棒ab，導(dǎo)軌另一端通過開關(guān)與電源相連。該裝置放在高h(yuǎn)20 cm的絕緣墊塊上。當(dāng)有豎直向下的勻強(qiáng)磁場時(shí)，接通開關(guān)金屬棒ab會被拋到距導(dǎo)軌右端水平位移s100 cm處。試求開關(guān)接通后安培力對金屬棒做的功。(g取10 m/s2)解析：在接通開關(guān)到金屬棒離開導(dǎo)軌的短暫時(shí)間內(nèi)，安培力對金屬棒做的功為W，由動(dòng)能定理得：Wmv2設(shè)平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則豎直方向：hgt2水平方向：svt聯(lián)立以上三式解得：W0.5 J。答案：0.5 J安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，這一點(diǎn)與電場力不同。(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化。安培力做正功時(shí)，將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能或其他形式的能。安培力做負(fù)功時(shí)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能或其他形式的能。