高中物理沪科技版（2020）选修第二册安培力优质学案

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▉题型1 安培力的概念
【知识点的认识】
1.定义：通电导线在磁场中受的力叫作安培力。
2.特点：
（1）通电在导线在磁场中不一定受到安培力，当导线与磁场方向平行时，受到的安培力等于零。
（2）安培力的方向与磁场方向、电流的方向都垂直。
1．长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是（ ）
A．F＝BILcsθB．F＝BILsinθ
C．F＝BILcsθD．F＝BILsinθ
2．如图所示，在条形磁铁的右侧放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，线圈最初与条形磁铁处于同一平面内，通以顺时针方向的电流后，该线圈的运动情况为（ ）
A．ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时靠近磁铁
B．ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时靠近磁铁
C．ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时远离磁铁
D．ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时远离磁铁
3．如图所示，直角三角形通电闭合线圈ABC处于匀强磁场中，磁场垂直纸面向里，则线圈所受磁场力的合力为（ ）
A．大小为零B．方向竖直向上
C．方向竖直向下D．方向垂直纸面向里
4．如图所示，一条形磁铁放于水平地面上，在其S极正上方有一与它垂直放置的导线，当导线中通以如图所示方向的电流后，与原来相比，磁铁受到地面的支持力将 （选填“增大”、“不变”或“减小”），受到地面的摩擦力方向 。
5．如图所示，长为L、质量为m的导体棒ab，置于倾角为θ的光滑斜面上。导体棒与斜面的水平底边始终平行。已知导体棒通以从b向a的电流，电流为I．重力加速度为g。
（1）若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，求磁感应强度B的大小；
（2）若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上。求磁感应强度的最小值和对应的方向。
▉题型2 左手定则判断安培力的方向
【知识点的认识】
1.安培力的方向：通电导线在磁场中所受安培力的方向与磁感应强度方向、电流方向都垂直。
2.左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进人，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。如下图所示：
6．教学中常用如图1所示的装置演示通电导体在磁场中受力的情况。现将图中的蹄形磁铁改用图2所示的电磁铁代替，则合上开关时，以下判断正确的是（ ）
A．电磁铁上端为 N 极，下端为 S 极，导体棒 ab 向左运动
B．电磁铁上端为 N 极，下端为 S 极，导体棒 ab 向右运动
C．电磁铁上端为 S 极，下端为 N 极，导体棒 ab 向右运动
D．电磁铁上端为 S 极，下端为 N 极，导体棒 ab 向左运动
7．在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线受到的安培力方向（ ）
A．竖直向上B．竖直向下C．由南向北D．由西向东
8．四幅图表示运动电荷或通电直导线分别在匀强磁场中的受力方向，其中正确的是（ ）
A．B．
C．D．
9．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是（ ）
A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直
D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直
10．如图所示，匀强磁场方向垂直于纸面向里，若在O点发射带正电荷的粒子，为了打中正上方的A点，下列说法正确的是（ ）
A．发射方向应该是向正上方
B．发射方向应该是向右上方
C．发射方向应该是向左上方
D．发射方向应该是向左下方
▉题型3 两根通电导线之间的作用力
【知识点的认识】
两根通电导线之间存在作用力，作用规律为同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。
证明：
如图所示两根个导线中，通有同向电流
根据安培定则可知左侧电流在右侧导线处产生的磁场垂直纸面向里，对右侧导线分析，根据左手定则，可知右侧电流受到的安培力水平向左，同理可得，右侧电流对左侧导线的作用力向右。
同样的方法可以证明异向电流间的安培力指向与同向电流间的安培力的方向相反，即相互排斥。
11．两条导线互相垂直，相隔一段较小的距离，如图所示；其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（ ）
A．逆时针方向转动，同时靠近导线AB
B．顺时针方向转动，同时靠近导线AB
C．逆时针方向转动，同时离开导线AB
D．顺时针方向转动，同时离开导线AB
12．如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内．每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用．关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是（ ）
A．导线a所受安培力的合力方向向右
B．导线c所受安培力的合力方向向右
C．导线c所受安培力的合力方向向左
D．导线b所受安培力的合力方向向左
▉题型4 判断通电导线在磁场中的运动趋势
【知识点的认识】
1.判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路
（1）首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况；
（2）然后利用左手定则准确判定导体的受力情况；
（3）最后确定导体的运动方向或运动趋势的方向。
2.平行的电流同向吸引、反向排斥，只产生平动效果，无转动效果。
3.不平行的电流间的作用力产生转动效果：使电流方向趋向于一致的方向转动。
4.磁体与电流间作用力的效果可利用等效法快速求解
（1）环形电流可等效为小磁针，反之亦然。
（2）条形磁体可等效为通电螺线管，反之亦然。
（3）等效时不需全部磁场分布相同，只需场源在需判定作用力处的小范围内磁场分布
相同即可。
13．如图，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，给导线中通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法正确的是（ ）
A．磁铁对桌面的压力增大
B．磁铁对桌面的压力减小
C．磁铁对桌面的压力不变
D．磁铁对桌面有摩擦力
14．如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，某物理研究某物理研究性学习小组为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ ）
A．如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极
B．如果台秤的示数减小，说明磁铁左端是北极
C．无论如何台秤的示数都不可能变化
D．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极
▉题型5 安培力的计算公式及简单应用
【知识点的认识】
如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，垂直磁场放置的长度为l的导体，所通电流为I，导体所受的安培力大小为F＝BIl；若将导体转过90°，即电流与磁场平行，此时导体所受的安培力的大小为F＝0.
2.如图所示，当电流方向与磁场方向夹角为θ时，安培力的大小为F＝BIlsinθ
15．如图所示，磁感应强度大小为B，方向水平向右的匀强磁场中，有一长为L的轻质半圆金属导线，通有从O到O′的恒定电流I。现金属导线绕水平轴OO′由水平第一次转到竖直位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．转动过程中，安培力的方向不断变化
B．转动过程中，安培力大小不断变化
C．初始位置时，安培力大小为0
D．转过60°时，安培力大小为2BILπ
16．如图所示，三根长为L，电流大小均为I的直线电流在空间构成等边三角形，其中A、B电流的方向均垂直纸面向外，C电流的方向垂直纸面向里。A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线C位于水平面上且处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力为（ ）
A．0
B．32B0IL，方向水平向右
C．32B0IL，方向水平向左
D．3B0IL，方向水平向左
17．如图所示，将长为L的直导线从13处折成60°的“√”形，并置于与其所在平面垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，若“√”形导线所受的安培力大小为F，则该直导线中通过的电流大小为（ ）
A．FBLB．3FBLC．3F3BLD．23F3BL
（多选）18．如图所示，水平面内有相距为0.4m的两平行固定金属导轨，导轨左端接有电动势为3V、内阻为1Ω的电源，金属导轨电阻不计。质量为0.1kg的金属棒ab跨接在金属导轨上，与两金属导轨垂直并接触良好，棒ab接入电路部分的电阻为2Ω。整个装置处于磁感应强度大小为1T的匀强磁场中，磁场方向与棒ab垂直且与水平面的夹角为53°，棒ab始终静止于导轨上。重力加速度g取10m/s2，sin53°＝0.8，cs53°＝0.6，下列说法正确的是（ ）
A．棒ab所受的安培力方向水平向左
B．棒ab所受的安培力大小为0.4N
C．棒ab所受的摩擦力大小为0.32N
D．棒ab所受的支持力大小为0.24N
19．如图所示，在与水平面成53°角的光滑金属导轨间接有一电源，电动势E＝3V，内电阻r＝0.5Ω。在相距L＝1m的平行光滑的金属导轨上，有一根电阻R＝1.0Ω的金属棒ab受外界约束而静止，空间存在方向竖直向上、磁感应强度B＝2T的匀强磁场。闭合开关S，撤去外界约束后，若金属棒ab恰好静止，重力加速度g取10m/s2，sin53°＝0.8，cs53°＝0.6。求：
（1）金属棒ab中电流的大小；
（2）磁场作用于金属棒ab安培力的大小；
（3）金属棒ab的质量。
▉题型6 通电非直导线安培力大小的计算
【知识点的认识】
1.对于通电非直导线，安培力计算公式F＝BIl中l就不能用导线的长度来计算了，l是导线的有长度。
2.对公式F＝IlB中l的理解l指的是导线在磁场中的“有效长度”，当弯曲导线所在平面与磁场方向垂直时，弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线的长度（如图所示）；相应的电流沿l由始端流向末端。
20．将一根长为L的直导线，由中点折成直角形放入磁感应强度为B的匀强磁场中．导线所在平面与磁场垂直，当导线中通以电流I后，磁场对通电导线的作用力大小为（ ）
A．BILB．12BILC．2BILD．22BIL
▉题型7 安培力作用下的受力平衡问题
【知识点的认识】
安培力作用下导体的平衡问题模型中，常见的有倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成，一般解题思路如下。
21．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，放置一根长为L，质量为m的导体棒．在导体棒中通以电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是（ ）
A．B＝mgsinαIL，方向沿斜面向上
B．B=mgsinαIL，方向垂直斜面向下
C．B＝mgtanαIL，方向竖直向下
D．B＝mgtanαIL，方向竖直向上
22．如图所示，水平导轨间距为L＝0.5m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1kg，电阻R0＝0.9Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10V，内阻r＝0.1Ω，电阻R＝4Ω，外加匀强磁场的磁感应强度B＝5T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角α＝53°，ab与导轨间动摩擦因数为μ＝0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g＝10m/s2，ab处于静止状态（已知sin53°＝0.8，cs53°＝0.6）．求：
（1）通过ab的电流大小和方向；
（2）ab受到的安培力大小；
（3）重物重力G的取值范围．
▉题型8 磁电式电流表
【知识点的认识】
磁电式电流表的示意图如下所示：
（1）构造：如图所示，圆柱形铁芯固定于U型磁铁两极间，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝。
（2）原理：当电流流入线圈时，线圈受安培力作用而转动，使游丝扭转形变，从而对线圈的转动产生阻碍。当安培力产生的转动
与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针便停留在某一刻度。电流越大，安培力越大，指针偏转角度越大。
23．磁电式仪表的基本组成部分是磁铁、线圈、铁芯等，下列关于电表的说法中正确的是（ ）
A．电表里面是匀强磁场
B．电表里面的铁芯是为了减小线圈与磁场间的作用
C．电表中通的电流越大，指针偏转角度越大
D．改变电流方向，指针偏转方向不变
24．如图所示，两个完全相同的灵敏电流表A和B，由两根短线连接在一起，若将A的指针向左拨动时，B的指针将（ ）
A．向左转动B．向右转动C．静止不动D．无法确定
题型1 安培力的概念
题型2 左手定则判断安培力的方向
题型3 两根通电导线之间的作用力
题型4 判断通电导线在磁场中的运动趋势
题型5 安培力的计算公式及简单应用
题型6 通电非直导线安培力大小的计算
题型7 安培力作用下的受力平衡问题
题型8 磁电式电流表