2026高考物理复习课件 第十章第1讲 微专题 通电导体在安培力作用下运动情况的判断

第十章磁场第1讲磁场及其对电流的作用微专题　通电导体在安培力作用下运动情况的判断 目录12微专题　通电导体在安培力作用下运动情况的判断课时作业 微专题　通电导体在安培力作用下运动情况的判断 1．解题思路(1)弄清导体所在位置的磁场分布情况。(2)利用左手定则判定导体的受力情况。(3)确定导体的运动方向或运动趋势的方向。2．常用判断方法电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流元的受力方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁体或多个环形电流。然后根据同极相斥、异极相吸判断相互作用情况结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题时，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后根据牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体受力及运动情况 例一轻质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由a到b的电流，则关于导线ab受磁场力后的运动情况，下列说法正确的是()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 解析判断导线的转动方向可用电流元法：如图1所示，把直线电流等效为aO、OO′、O′b三段(OO′段极短)电流，由于OO′段电流方向与该处的磁场方向相同，所以不受安培力作用；aO段电流所在处的磁场方向斜向上，由左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外；O′b段电流所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里。再用特殊位置法分析：当导线转过90°与纸面垂直时，如图2所示，判断导线所受安培力方向向下。综上可知导线将以OO′段为轴逆时针转动(从上向下看)并靠近通电螺线管，D正确。 【名师点睛】判断通电导体在安培力作用下运动情况时的两点注意(1)同一问题可以用多种判断方法分析，可以根据不同的题目选择恰当的判断方法。(2)同一导体在安培力作用下，运动形式可能会发生变化，要根据具体受力情况进行判断。 跟进训练1．如图所示，条形磁体放在水平粗糙桌面上，它的右端上方固定一根与条形磁体垂直的长直导线。用FN表示磁体受到的支持力，用Ff表示磁体受到的摩擦力。开始时导线中没有电流，磁体静止。当导线中通以如图所示方向的电流时，下列说法正确的是()A．FN减小，Ff水平向左B．FN增大，Ff水平向右C．FN减小，Ff为零D．FN增大，Ff为零 解析：条形磁体在导线处产生的磁场方向斜向左上方，以导线为研究对象，由左手定则判断可知导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律可知，导线对磁体的反作用力方向斜向左下方，则磁体有向左运动的趋势，受到桌面水平向右的摩擦力Ff，同时磁体对桌面的压力增大，桌面对磁体的支持力FN也增大，B正确，A、C、D错误。 跟进训练2．如图所示，直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动(不计重力)，当同时通有图示方向电流时，从左向右看，线圈将()A．不动B．顺时针转动，同时靠近导线C．逆时针转动，同时离开导线D．逆时针转动，同时靠近导线 解析：等效法：将可自由运动的环形电流看成小磁针，由安培定则可知直线电流的磁场在其右侧垂直纸面向里，则小磁针的N极将向纸面里侧转动，即从左向右看，线圈将逆时针转动，A、B错误。特殊位置法与结论法：线圈转到与纸面平行的特殊位置时，根据同向电流相吸，反向电流相斥，可知线圈左侧受直导线的安培力表现为引力，右侧受直导线的安培力表现为斥力，离直导线越近磁感应强度越大，安培力越大，则线圈所受直线电流的安培力的合力向左，故线圈靠近导线，C错误，D正确。 课时作业 1．(2024·浙江1月选考)磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是()A．图示左侧通电导线受到安培力向下B．a、b两点的磁感应强度相同C．圆柱内的磁感应强度处处为零D．c、d两点的磁感应强度大小相等［A组　基础巩固练］ 解析：由左手定则可知，图示左侧通电导线受到的安培力方向向下，A正确；由题图可知，a、b两点处的磁感线密集程度相同，但是方向不同，则a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，B错误；磁感线是闭合的曲线，则圆柱内有磁场，磁感应强度不是处处为零，C错误；由题图可知，c点处的磁感线较d点处密集，则c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，D错误。 2．(2023·福建高考)(多选)地球本身是一个大磁体，其磁场分布示意图如图所示。学术界对于地磁场的形成机制尚无共识。一种理论认为地磁场主要源于地表电荷随地球自转产生的环形电流。基于此理论，下列判断正确的是()A．地表电荷为负电荷B．环形电流方向与地球自转方向相同C．若地表电荷的电量增加，则地磁场强度增大D．若地球自转角速度减小，则地磁场强度增大 4．(2021·江苏高考)在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定，固定点的距离为2L，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为()A．BILB．2BILC．πBILD．2πBIL解析：从上向下看导线的图形如图所示，导线的有效长度为2L，则所受的安培力大小F＝2BIL，设导线中的张力为T，则T等于导线两端所受的拉力大小，知2T＝F，解得T＝BIL，故A正确，B、C、D错误。 7．(2024·重庆高考)小明设计了如图所示的方案，探究金属杆在磁场中的运动情况，质量分别为2m、m的金属杆P、Q用两根不可伸长的导线相连，形成闭合回路，两根导线的间距和P、Q的长度均为L，仅在Q的运动区域存在磁感应强度大小为B、方向水平向左的匀强磁场。Q在垂直于磁场方向的竖直面内向上运动，P、Q始终保持水平，不计空气阻力、摩擦和导线质量，忽略回路电流产生的磁场。重力加速度为g。当P匀速下降时，求：(1)P所受单根导线拉力的大小；(2)Q中电流的大小。 8．(2024·贵州高考)如图，两根相互平行的长直导线与一“凸”形导线框固定在同一竖直平面内，导线框的对称轴与两长直导线间的距离相等。已知左、右两长直导线中分别通有方向相反的恒定电流I1、I2，且I1>I2，则当导线框中通有顺时针方向的电流时，导线框所受安培力的合力方向()A．竖直向上B．竖直向下C．水平向左D．水平向右［B组　综合提升练］ 解析：根据右手螺旋定则知，两长直导线在导线框处所产生的磁场的方向均垂直纸面向里，根据磁场的叠加原理知，导线框所在位置的磁场方向垂直纸面向里，又I1>I2，结合通电长直导线产生的磁场的磁感线分布分析可知，同一竖直方向上各处磁感应强度相同，同一水平方向上，导线框左半部分各处的磁感应强度大于关于对称轴对称的右半部分相应位置处的磁感应强度，根据左手定则及安培力公式F＝IlB可知，导线框上边所受安培力与下边所受安培力等大反向，导线框左边所受安培力F左水平向左，右边所受安培力F右水平向右，且F左>F右，故导线框所受安培力的合力大小为F合＝F左－F右，且方向水平向左，故选C。 9．如图，垂直纸面放置的金属棒用绝缘丝线悬挂在O点，金属棒的质量m＝0．1kg、长度L＝0．5m，棒中通有垂直纸面向里的电流。在竖直面内加上匀强磁场，金属棒平衡时丝线与竖直方向间夹角θ＝30°，棒中电流强度I＝2A，重力加速度g＝10m/s2。关于所加磁场，下面判断正确的是()A．磁场的方向可能垂直丝线向右上方B．若所加磁场的磁感应强度大小B＝0．8T，那么磁场的方向是唯一确定的C．若所加磁场的方向与丝线平行，那么磁场的磁感应强度最小D．只要所加磁场的磁感应强度大小确定，丝线上的拉力大小也就唯一确定 解析：若磁场的方向垂直丝线指向右上方，根据左手定则，金属棒所受安培力沿丝线向下，则金属棒不可能在题图位置平衡，A错误；作出金属棒平衡时的受力分析图如图所示，可知当金属棒所受安培力FA与丝线对它的拉力FT垂直时，安培力有最小值，磁场的磁感应强度最小，根据左手定则，此时磁场的方向平行于丝线斜向上，C正确；安培力FA＝BIL，则B满足mgsinθ<BIL≤mg时，同一个大小的B对应的安培力FA方向不唯一，则FT的大小不唯一，D错误；由mgsinθ<BIL≤mg得0．5T<B≤1T，结合上面的分析可知，当B＝0．8T时，FA的方向不唯一，则B的方向不唯一，B错误。 11．(2023·海南高考)如图所示，U形金属杆上边长为L＝15cm，质量为m＝1×10－3kg，下端插入导电液体中，导电液体连接电源，金属杆所在空间有垂直纸面向里B＝8×10－2T的匀强磁场。(1)若插入导电液体部分深h＝2.5cm，闭合电键后，金属杆飞起后，其下端离液面最大高度H＝10cm。设杆中电流不变，求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大；(g＝10m/s2)(2)若金属杆下端刚与导电液体接触，改变电动势的大小，通电后金属杆跳起高度H′＝5cm，通电时间t′＝0.002s，求通过金属杆截面的电荷量。［C组　拔尖培优练］