专题 安培力 1 导体棒在安培力作用下的平衡问题

1.安培力的方向 
1)用右手拇因食果判定:伸开右手,使拇指与食指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线从掌心进入,并使拇指指向电流的方向,这时食指所指的方向就是通电导线磁场中所受安培力的方向. 
2)安培力方向的特点:FBFI,即F垂直于BI决定的平面(BI可以不垂直). 
2.安培力的大小 
1)当磁感应强度B的方向与电流方向成θ角时,F=BILsinθ; 
2)当磁场和电流垂直时,安培力最大,为F=BIL 
3)当磁场和电流平行时,安培力等于零. 
3.注意a.L是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度.

 如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿L由始端流向末端.因为任意形状的闭合线圈,其有效长度为零,所以闭合线圈通电后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和为零. 
    b.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 
1)选定研究对象; 
2)变三维为二维,如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力的方向要注意F安⊥BF安⊥I
3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解.
第一类常考题型是考查对安培力的理解:
1.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(  )
A.安培力的方向可以不垂直于直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角无关
D.将直导线从中折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
第二类常考题型:磁场的叠加
2.在等边三角形的三个顶点a陶瓷纤维棉bc反垃圾邮件系统处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流方向如图。过c点的导线所受安培力的方向(      )
A.ab边平行,竖直向上
B.ab边平行,竖直向下
C.ab边垂直,指向左边
D.ab边垂直,指向右边
第三类常考题型:安培力的计算
3.如图,长为2L的直导线折成边长相等,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(  )
A0    B0.5BIL    CBIL    D2BIL
3.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abbccd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大小为          ,方向为         
4.如图所示,abcd四边形闭合线框,abc三点坐标分别为(0L0),(LL0),(L00),整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中,通入电流I,方向如图所示,关于四边形的四条边所受到的安培力的大小,下列叙述中正确的是(  )
Aab边与bc边受到的安培力大小相等
Bcd银针秀边受到的安培力最大
Ccd边与ad边受到的安培力大小相等
Dad边不受安培力作用
        同步练习
1.质量为m、长度为L的导体棒MN静止在水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下,如图所示,求MN棒受到的支持力和摩擦力.
2.如图所示,在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源,在相距1m的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab,棒上通以3A的电流,磁场方向竖直向上,这时棒恰好静止。
求:(1ab棒对导轨的压力;(2)匀强磁场的磁感应强度大小。
3.(多选)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,通过电流为I的导线,若使导线静止,应该在斜面上施加匀强磁场B的大小和方向为( 
A. ,方向垂直于斜面向下
B. ,方向垂直于斜面向上
C ,方向竖直向下       
D ,方向水平向右
磁场的方向可以有四种典型的方向:竖直向下,垂直与斜面向下,水平向左,平行于斜面向上。
4.如图所示,质量不能忽略的矩形线圈abcd,匝数为n,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直.当线圈中通过如图电流I时,调节左端砝码使系统平衡.然后使电流反向,大小不变.这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使系统再达到新的平衡.
1)请判断磁场的方向并在虚框中标出.
2)导出用已知量和测量得到的量nmLI,计算B的表达式.
5.abcd为平行的金属导轨相距为L,其平面与水平面成30°,匀强磁场B方向竖直向上,一质量为m的金属棒在导轨上无人驾驶系统,与导轨间的动摩擦因数为u,为使棒静止在斜导轨上,求通过棒的电流强度.(取最大静摩擦力=滑动摩擦力)
6.如图,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为0.1Tir测试,方向垂直于纸面向里,弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω,已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm,闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm,重力加速度大小取10m/s2,判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.(0.01kg)
7.如图,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m超低温真空浓缩设备m;用两根不可伸长的柔软导线将它们连成闭
合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑.求
1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;mgsinθ﹣3μcosθ)
2)金属棒运动速度的大小.

本文发布于:2024-09-21 17:47:31,感谢您对本站的认可!

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