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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 安培力的应用课文配套ppt课件
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 安培力的应用课文配套ppt课件，共39页。PPT课件主要包含了答案ACD，答案A，答案6×105A，答案D，答案C，答案B，答案6V等内容，欢迎下载使用。
知识点一 电流天平1.作用：电流天平通常用于实验室中测量安培力和磁感应强度.2.构造：等臂电流天平如图所示.
3.原理：①线圈中通如图所示的电流I时，天平平衡.则m1g＝m2g－nBIL.②将电流大小不变，方向反向，在左盘中加质量为m的砝码，重新使天平平衡.则（m1＋m）g＝m2g＋nBIL.
知识点二 磁电式电表1.构造：如图甲所示，磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，在铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈.2.原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大.
3.特点：如图乙所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，通电线圈不管转到什么角度，线圈的平面都跟磁感线平行.当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到的安培力产生力矩，使线圈发生转动.同时，螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大.直至上述两个边矩平衡时，线圈才会停下来.4.优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小.
知识点三 直流电动机1.定义：电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置.2.分类：电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机又分为单相交流电动机和三相交流电动机.3.原理：如图所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到向上的安培力，在安培力作用下线框转动起来.
4.直流电动机突出的优点是可以通过改变输入电流大小调节其转速，而交流电动机的调速就不太方便.
小试身手1.（多选）下列关于直流电动机的说法，正确的是（ ）A.直流电动机是将电能转化为机械能的装置B.直流电动机能把电能全部转化为动能C.直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的D.直流电动机工作时也会有发热现象，是电流的热效应
解析：从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机械能的装置.其工作原理是利用了磁场对电流的作用.但由于线圈有一定的电阻，直流电动机在工作过程中会产生一定的焦耳热.
2.电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，下列说法正确的是（ ）A.目的是使线圈平面始终与磁感线平行B.目的是让磁铁和铁芯间形成匀强磁场C.离转轴越远，越靠近磁极，因此磁感应强度越大D.目的是使线圈平面始终与磁感线垂直
解析：辐向磁场的目的是使线圈平行于磁感线，线框在转动中安培力大小不变，A正确，D错误；辐向磁场各处磁感应强度方向不同，距离轴线越远磁场越弱，则B、C均不对.
3.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度.下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方.线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态.若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是（ ）
解析：由安培力F＝BIL可知，线圈在磁场中的有效长度越大，天平越容易失去平衡，故A正确.
探究一 安培力的实际应用1.直流电动机的结构及原理分析.（1）如图所示，当线圈由位置d经位置a运动到位置b时，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈顺时针转动；当线圈在位置b时不受力，由于惯性继续转动.
（2）当线圈由位置b经位置c运动到位置d时，由于电流换向，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈继续顺时针转动；当线圈在位置d时不受力，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去.2.磁电式电流表的原理分析.如图所示是线圈在磁场中受力的示意图.当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，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，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，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.线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变.所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向.
【典例1】 如图为直流电动机模型.（1）直流电动机的工作原理是________________________________________________________________________________________.电动机工作时，能够使线圈平衡、连续不停地转动下去是靠 来实现的.（2）若要改变电动机的转动方向，下列方法中可行的是 .A.同时改变电流方向和磁场方向B.只改变电流方向或只改变磁场方向C.使电动机线圈中的电流最大D.使磁场增强
（3）下列家用电器中应用了电动机的是 .A.洗衣机 B.电饭锅C.电热水壶 D.电热毯
解析：（1）直流电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的.电动机工作时，能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠换向器来实现的.（2）要改变电动机的转动方向，只改变电流方向或只改变磁场方向即可，如果两个方向都改变，电机转动方向不变，故选B.（3）洗衣机中利用了电动机，依靠电动机提供的机械能带动洗衣筒和脱水筒工作，故选A.
答案：（1）通电线圈在磁场中受力转动 换向器 （2）B （3）A
1.物理老师在课上做了一个“旋转的液体”实验，实验装置如图所示，装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中，器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连，内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连.接通电源后液体旋转起来，关于这个实验以下说法正确的是（ ）A.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体逆时针旋转B.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体顺时针旋转C.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体逆时针旋转D.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体顺时针旋转
解析：由题图可知，电流由边缘流向中心，器皿所处的磁场方向竖直向上，从上向下看，由左手定则可知，导电液体所受的安培力沿逆时针方向，因此，液体沿逆时针方向转动，A正确.
3.据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示.炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接.开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离L＝0.10 m，导轨长x＝5.0 m，炮弹质量m＝0.30 kg.导轨上电流I的方向如图中箭头所示.可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0 T，方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v＝2.0×103 m/s，求通过导轨的电流I.（忽略摩擦力与重力的影响）
解析：在导轨上通电流I时，炮弹受到的安培力F＝BIL，①设炮弹的加速度为a，则F＝ma，②炮弹做匀加速运动，所以v2＝2ax，③将①②③代入数据得I＝6×105 A.
探究二 安培力作用下导体运动方向判断1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路.不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析：（1）确定导体所在位置的磁场分布情况.（2）结合左手定则判断导体所受安培力的方向.（3）由导体的受力情况判定导体的运动方向.
2.判断安培力作用下导体的运动方向的常用方法.（1）电流元法.即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向.（2）特殊位置法.把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向.（3）等效法.环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.
（4）利用结论法.①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.（5）转换研究对象法.因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律.定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力.
【典例2】 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受磁场力方向后的运动情况为（ ）A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
解析：先由安培定则判断通电螺线管的N、S极，找出导线左右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图（a）所示.可以判断导线受磁场力后从上向下看按逆时针方向转动，再分析此时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线受磁场力的方向，如图（b）所示，导线还要靠近螺线管，所以D正确，A、B、C错误.
4.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成右图所示电路图.当开关S接通后，将看到的现象是（ ）A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动
解析：因为通电后，弹簧中每一圈的电流都是同向的，互相吸引，弹簧就缩短，电路就断开了，一断开没电流了，弹簧就又掉下来接通电路……如此来回通断，于是上下跳动.
5.如图所示，带负电的金属环绕其轴OO′匀速转动时，放在环顶部的小磁针最后将（ ）A.N极竖直向上B.N极竖直向下C.N极水平向左D.小磁针在水平面内转动
解析：带负电金属环，如题图所示旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反.再由右手螺旋定则可知电流产生的磁极的方向是：右端是N极，左端是S极.小磁针所在处的磁场的方向与OO′轴的磁场的方向是相反的，所以小磁针处的磁极的方向：左端N极，右端S极.因此小磁针N极水平向左.故C正确，A、B、D错误.
6.如图所示，条形磁铁放在桌面上，一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，导线保持与磁铁垂直，导线的通电方向如图所示.则这个过程中磁铁受到的摩擦力（磁铁保持静止）（ ）A.为零B.方向由向左变为向右C.方向保持不变D.方向由向右变为向左
解析：首先磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极，是曲线，直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，通电导线的受力由左上方变为正上方再变为右上方，根据牛顿第三定律知，磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方，磁铁静止不动，所以所受摩擦力方向由向左变为向右，B正确.
探究三 安培力与力学相结合的综合问题1.安培力作用下的物体平衡问题.安培力作用下的物体平衡问题的解题步骤和前面学习的共点力平衡相似，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，其中需要注意的是在受力分析过程中不要漏掉安培力.对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定.2.安培力与闭合电路欧姆定律相结合的平衡问题.安培力作用下的物体平衡与闭合电路欧姆定律相结合的题目，以电流为桥梁，将安培力与电路结合到一起.这类题目主要应用：（1）闭合电路欧姆定律E＝I（R＋r）；（2）安培力求解公式F＝BILsin θ；（3）物体的平衡条件.
3.安培力与功、能相结合的综合问题.安培力与重力、弹力、摩擦力一样，会使通电导体在磁场中运动，也会涉及做功问题.不同性质的力做功机理不同，但做功的本质都是由一种形式的能转化为另一种形式的能.求解这类问题时，首先弄清安培力是恒力还是变力，其次结合动能定理或能量守恒定律求解.
【典例3】 质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T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ab静止不动时，通过ab杆的电流范围为多少.（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2）
解析：杆ab中的电流由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静摩擦力，此时的安培力为最小值F2，电流为Imin.
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，得F1－mgsin θ－Ff1＝0，FN1－mgcs θ＝0，Ff1＝μFN1，F1＝BImaxd.解上述方程得：Imax＝0.46 A.根据图乙列式，得F2＋Ff2－mgsin θ＝0，FN2－mgcs θ＝0，Ff2＝μFN2，F2＝BImind.解上述方程得：Imin＝0.14 A.
答案：0.14 A≤I≤0.46 A
解决安培力作用下的综合问题注意事项（1）分析时应将立体图转化为平面（截面）图，这样可以把抽象的空间受力分析转移到纸面上进行.一般是画出与导体棒垂直的平面，将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上，然后进行分析.（2）注意正确的受力分析顺序，即先重力，然后安培力，最后弹力和摩擦力，因此弹力和摩擦力是被动力，力的有无和方向与其他力有关.（3）注意安培力方向的判定：安培力垂直磁场的同时又垂直于电流，即一定垂直于二者所决定的平面.
7.（多选）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的磁场（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，理论上可采用的办法是（ ）A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流I增加到原来的2倍C.只将弹体质量减小到原来的一半D.将弹体质量减小到原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变
8. 有两个相同的电阻均为9 Ω的均匀光滑金属圆环，固定于一个绝缘的水平台面上，两环分别在两个互相平行的、相距20 cm的竖直面内，两环的连心线恰好与环面垂直，两环面间有方向竖直向下、磁感应强度B＝0.87 T的匀强磁场，两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5 Ω的电源，连接导线的电阻不计.今有一根质量为10 g、电阻为1.5 Ω的金属棒置于两环内侧且可顺环滑动，而金属棒恰好静止于如图所示的水平位置，它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ＝60°，重力加速度g取10 m/s2.试求此电源电动势E的大小.
解析：从左向右看，如下图所示.
由闭合电路欧姆定律得E＝I（r＋2R＋R棒），⑤解③④⑤得E＝6 V.
知识点一 电流天平1.作用：电流天平通常用于实验室中测量安培力和磁感应强度.2.构造：等臂电流天平如图所示.
3.原理：①线圈中通如图所示的电流I时，天平平衡.则m1g＝m2g－nBIL.②将电流大小不变，方向反向，在左盘中加质量为m的砝码，重新使天平平衡.则（m1＋m）g＝m2g＋nBIL.
知识点二 磁电式电表1.构造：如图甲所示，磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，在铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈.2.原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大.
3.特点：如图乙所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，通电线圈不管转到什么角度，线圈的平面都跟磁感线平行.当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到的安培力产生力矩，使线圈发生转动.同时，螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大.直至上述两个边矩平衡时，线圈才会停下来.4.优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小.
知识点三 直流电动机1.定义：电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置.2.分类：电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机又分为单相交流电动机和三相交流电动机.3.原理：如图所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到向上的安培力，在安培力作用下线框转动起来.
4.直流电动机突出的优点是可以通过改变输入电流大小调节其转速，而交流电动机的调速就不太方便.
小试身手1.（多选）下列关于直流电动机的说法，正确的是（ ）A.直流电动机是将电能转化为机械能的装置B.直流电动机能把电能全部转化为动能C.直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的D.直流电动机工作时也会有发热现象，是电流的热效应
解析：从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机械能的装置.其工作原理是利用了磁场对电流的作用.但由于线圈有一定的电阻，直流电动机在工作过程中会产生一定的焦耳热.
2.电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，下列说法正确的是（ ）A.目的是使线圈平面始终与磁感线平行B.目的是让磁铁和铁芯间形成匀强磁场C.离转轴越远，越靠近磁极，因此磁感应强度越大D.目的是使线圈平面始终与磁感线垂直
解析：辐向磁场的目的是使线圈平行于磁感线，线框在转动中安培力大小不变，A正确，D错误；辐向磁场各处磁感应强度方向不同，距离轴线越远磁场越弱，则B、C均不对.
3.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度.下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方.线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态.若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是（ ）
解析：由安培力F＝BIL可知，线圈在磁场中的有效长度越大，天平越容易失去平衡，故A正确.
探究一 安培力的实际应用1.直流电动机的结构及原理分析.（1）如图所示，当线圈由位置d经位置a运动到位置b时，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈顺时针转动；当线圈在位置b时不受力，由于惯性继续转动.
（2）当线圈由位置b经位置c运动到位置d时，由于电流换向，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈继续顺时针转动；当线圈在位置d时不受力，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去.2.磁电式电流表的原理分析.如图所示是线圈在磁场中受力的示意图.当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，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，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，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.线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变.所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向.
【典例1】 如图为直流电动机模型.（1）直流电动机的工作原理是________________________________________________________________________________________.电动机工作时，能够使线圈平衡、连续不停地转动下去是靠 来实现的.（2）若要改变电动机的转动方向，下列方法中可行的是 .A.同时改变电流方向和磁场方向B.只改变电流方向或只改变磁场方向C.使电动机线圈中的电流最大D.使磁场增强
（3）下列家用电器中应用了电动机的是 .A.洗衣机 B.电饭锅C.电热水壶 D.电热毯
解析：（1）直流电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的.电动机工作时，能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠换向器来实现的.（2）要改变电动机的转动方向，只改变电流方向或只改变磁场方向即可，如果两个方向都改变，电机转动方向不变，故选B.（3）洗衣机中利用了电动机，依靠电动机提供的机械能带动洗衣筒和脱水筒工作，故选A.
答案：（1）通电线圈在磁场中受力转动 换向器 （2）B （3）A
1.物理老师在课上做了一个“旋转的液体”实验，实验装置如图所示，装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中，器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连，内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连.接通电源后液体旋转起来，关于这个实验以下说法正确的是（ ）A.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体逆时针旋转B.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体顺时针旋转C.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体逆时针旋转D.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体顺时针旋转
解析：由题图可知，电流由边缘流向中心，器皿所处的磁场方向竖直向上，从上向下看，由左手定则可知，导电液体所受的安培力沿逆时针方向，因此，液体沿逆时针方向转动，A正确.
3.据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示.炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接.开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离L＝0.10 m，导轨长x＝5.0 m，炮弹质量m＝0.30 kg.导轨上电流I的方向如图中箭头所示.可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0 T，方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v＝2.0×103 m/s，求通过导轨的电流I.（忽略摩擦力与重力的影响）
解析：在导轨上通电流I时，炮弹受到的安培力F＝BIL，①设炮弹的加速度为a，则F＝ma，②炮弹做匀加速运动，所以v2＝2ax，③将①②③代入数据得I＝6×105 A.
探究二 安培力作用下导体运动方向判断1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路.不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析：（1）确定导体所在位置的磁场分布情况.（2）结合左手定则判断导体所受安培力的方向.（3）由导体的受力情况判定导体的运动方向.
2.判断安培力作用下导体的运动方向的常用方法.（1）电流元法.即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向.（2）特殊位置法.把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向.（3）等效法.环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.
（4）利用结论法.①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.（5）转换研究对象法.因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律.定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力.
【典例2】 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受磁场力方向后的运动情况为（ ）A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
解析：先由安培定则判断通电螺线管的N、S极，找出导线左右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图（a）所示.可以判断导线受磁场力后从上向下看按逆时针方向转动，再分析此时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线受磁场力的方向，如图（b）所示，导线还要靠近螺线管，所以D正确，A、B、C错误.
4.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成右图所示电路图.当开关S接通后，将看到的现象是（ ）A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动
解析：因为通电后，弹簧中每一圈的电流都是同向的，互相吸引，弹簧就缩短，电路就断开了，一断开没电流了，弹簧就又掉下来接通电路……如此来回通断，于是上下跳动.
5.如图所示，带负电的金属环绕其轴OO′匀速转动时，放在环顶部的小磁针最后将（ ）A.N极竖直向上B.N极竖直向下C.N极水平向左D.小磁针在水平面内转动
解析：带负电金属环，如题图所示旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反.再由右手螺旋定则可知电流产生的磁极的方向是：右端是N极，左端是S极.小磁针所在处的磁场的方向与OO′轴的磁场的方向是相反的，所以小磁针处的磁极的方向：左端N极，右端S极.因此小磁针N极水平向左.故C正确，A、B、D错误.
6.如图所示，条形磁铁放在桌面上，一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，导线保持与磁铁垂直，导线的通电方向如图所示.则这个过程中磁铁受到的摩擦力（磁铁保持静止）（ ）A.为零B.方向由向左变为向右C.方向保持不变D.方向由向右变为向左
解析：首先磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极，是曲线，直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，通电导线的受力由左上方变为正上方再变为右上方，根据牛顿第三定律知，磁铁受到的力由右下方变为正下方再变为左下方，磁铁静止不动，所以所受摩擦力方向由向左变为向右，B正确.
探究三 安培力与力学相结合的综合问题1.安培力作用下的物体平衡问题.安培力作用下的物体平衡问题的解题步骤和前面学习的共点力平衡相似，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，其中需要注意的是在受力分析过程中不要漏掉安培力.对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定.2.安培力与闭合电路欧姆定律相结合的平衡问题.安培力作用下的物体平衡与闭合电路欧姆定律相结合的题目，以电流为桥梁，将安培力与电路结合到一起.这类题目主要应用：（1）闭合电路欧姆定律E＝I（R＋r）；（2）安培力求解公式F＝BILsin θ；（3）物体的平衡条件.
3.安培力与功、能相结合的综合问题.安培力与重力、弹力、摩擦力一样，会使通电导体在磁场中运动，也会涉及做功问题.不同性质的力做功机理不同，但做功的本质都是由一种形式的能转化为另一种形式的能.求解这类问题时，首先弄清安培力是恒力还是变力，其次结合动能定理或能量守恒定律求解.
【典例3】 质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T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ab静止不动时，通过ab杆的电流范围为多少.（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2）
解析：杆ab中的电流由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静摩擦力，此时的安培力为最小值F2，电流为Imin.
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，得F1－mgsin θ－Ff1＝0，FN1－mgcs θ＝0，Ff1＝μFN1，F1＝BImaxd.解上述方程得：Imax＝0.46 A.根据图乙列式，得F2＋Ff2－mgsin θ＝0，FN2－mgcs θ＝0，Ff2＝μFN2，F2＝BImind.解上述方程得：Imin＝0.14 A.
答案：0.14 A≤I≤0.46 A
解决安培力作用下的综合问题注意事项（1）分析时应将立体图转化为平面（截面）图，这样可以把抽象的空间受力分析转移到纸面上进行.一般是画出与导体棒垂直的平面，将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上，然后进行分析.（2）注意正确的受力分析顺序，即先重力，然后安培力，最后弹力和摩擦力，因此弹力和摩擦力是被动力，力的有无和方向与其他力有关.（3）注意安培力方向的判定：安培力垂直磁场的同时又垂直于电流，即一定垂直于二者所决定的平面.
7.（多选）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的磁场（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，理论上可采用的办法是（ ）A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流I增加到原来的2倍C.只将弹体质量减小到原来的一半D.将弹体质量减小到原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变
8. 有两个相同的电阻均为9 Ω的均匀光滑金属圆环，固定于一个绝缘的水平台面上，两环分别在两个互相平行的、相距20 cm的竖直面内，两环的连心线恰好与环面垂直，两环面间有方向竖直向下、磁感应强度B＝0.87 T的匀强磁场，两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5 Ω的电源，连接导线的电阻不计.今有一根质量为10 g、电阻为1.5 Ω的金属棒置于两环内侧且可顺环滑动，而金属棒恰好静止于如图所示的水平位置，它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ＝60°，重力加速度g取10 m/s2.试求此电源电动势E的大小.
解析：从左向右看，如下图所示.
由闭合电路欧姆定律得E＝I（r＋2R＋R棒），⑤解③④⑤得E＝6 V.
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