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1、第26课 磁场磁场对电流的作用1安培定则a. 根据安培定则分析电流产生的磁场（1）（经典题，6分）下列几幅图中，由电流产生的磁场方向正确的是（）答案：B解析：通电直导线电流产生的磁场的方向，可以利用右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向， 故A项错误。对于环形电流，四指弯曲方向为电流方向， 大拇指指向内部中轴线磁场方向，故B项正确。从上往下看，线框的电流方向为顺时针方向，根据安培定则可知轴线上磁场的方向向下，故C项错误。电流方向上边垂直于纸面向里，下边垂直于纸面向外，则根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向左，故D项错误。b. 利用安培定则判断磁场方向进而求解磁感应强度（
2、2）（2017全国川，6分）如图所示，在磁感应强度大小为Bo的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为I。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为I的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变，则 a点处磁感应强度的大小为（）户曲A.0BFBoC.#BoD. 2Bo答案：C解析：在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为I的a点处的磁感应强度为零，则两导线在a点产生的磁感应强度与外加磁场的磁感应强度大小相 等、方向相反，如图（a）所示。则外加磁场的方向与 PQ平行，由Q指向P,大小满足Bi= Bo。根
3、据几何关系有BpCOS 30 = 2bo,解得P或Q通电导线在a点的磁感应强度大小为 Bp=_Bo。当P中电流23反向，其他条件不变，通电导线在a点产生的磁感应强度如图（b）所示。IBi h Ia点的磁感应强度大小为B =根据几何关系有B2 = Bo，且外加磁场不变，故在A 顺时针方向转动，同时下降B 顺时针方向转动，同时上升C.逆时针方向转动，同时下降D .逆时针方向转动，同时上升答案：A解析：在导线两侧取两小段， 左侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向外，从上往下看，则导线顺时针转动，转动的过程中，导线所受的 安培力方向向下，所以导线的运动情况为顺时针
4、转动，同时下降，故A项正确。b.安培力F = BIL中的L是指有效长度（4）（经典题，6分）如图所示，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ab、bc和cd的长度均为L,且/ abc=Z bcd= 135 流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线abcd所受到的磁场的作用力的合力（）X X X X XA .方向沿纸面向上，大小为 （.2 + 1）ILB B .方向沿纸面向上，大小为 （.2 1）ILBC.方向沿纸面向下，大小为 C 2 + 1）ILBD .方向沿纸面向下，大小为 （，2 1）ILB答案：A解析：导线abed的有效长度为（
5、2+ 1）L,根据F = BIL ,可知导线受到的安培力大小为 （2 +1）BIL，根据左手定则可以判断，导线受到的安培力沿纸面向上，故A项正确。3安培力作用下导体的平衡及运动a.根据通电导体在磁场中受力平衡求参量（5）（2015全国I, 12分）如图所示，一长为10 cm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0.1 T,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12 V的电池相连，电路总电阻为2 Qo已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;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0.3
6、 cm。重力加速度大小取 10 m/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。答案：竖直向下（2分）0.01 kg（10分）解析：根据题意，开关闭合后，电流方向从b到a,由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下。（2分）开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长量为Al1= 0.5 cm o根据胡克定律和力的平衡条件有2kAl1 = mg（2 分）开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为F = BIL （2 分）两弹簧各自再伸长了Al2= 0.3 cm，根据胡克定律和力的平衡条件有2k（ A1+ A2）= mg+ F（2 分）根据欧姆定律有 E= IR（2分）联立，代入数据
7、解得m= 0.01 kg（2 分）b.通电导体在磁场中处于平衡状态需要满足的条件（6）（经典题，6分）有一金属棒ab,质量为m,电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示， 轨道间距为L,其平面与水平面的夹角为0,置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属棒与轨道的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，回路中电源电动势为E,内阻不计（假设金属棒与轨道间动摩擦因数为讥则下列说法正确的是（）A .若R，导体棒不可能静止mgsin 0+ 卩 mgos 0B .若Rv，导体棒不可能静止mgsin 0+ 卩 mgos 0C.若导体棒静止，则静摩擦力的方向一定沿轨道平面向上 D 若导体棒静止，则静摩擦力的
8、方向一定沿轨道平面向下 答案：B解析：根据闭合电路欧姆定律可得1= E，当导体棒受到的摩擦力向上且刚好静止时，根据RBEL共点力平衡可得 BIL +卩mgos 0 mgsin 0,解得R W。当导体棒受到的摩mgsin 0mgos 0擦力向下且刚好静止时，根据共点力平衡可得BIL w i mgos 0+ mgsin 0,解得BELBELR。故电阻的范围在mgsin 0+ i mgos 0体棒静止，故 A项错误，B项正确。 可能沿轨道平面向下，也可能恰好为零，BELW R W时，导mgsi n 0+ 卩 mgos 0 mgs in 0卩 mgos 0 根据以上分析可知静摩擦力可能沿轨道平面向上，
9、也 故 C项、D项均错误。c. 通电导体在磁场中做切割磁感线运动（7）（经典题，8分）“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快、效率高等 优点。如图是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L =0.2 m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B= 1 X 102 T。“电磁炮”弹体总质量m= 0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R= 0.4 Q,可控电源的内阻 r = 0.6 Q,电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是1= 4 X 103 A，不计空气阻力。求： 弹体从静止加速到 4 km/s，轨
10、道至少要多长； 弹体从静止加速到 4 km/s过程中，该系统消耗的总能量。答案： 20 m（3 分） 1.76 X 106 J（5 分）解析：在导轨通有电流I时，弹体作为导体做切割磁感线运动，受到安培力的作用，有F = ILB（1 分）1根据动能定理有Fx= ?mv2（1分）弹体从静止加速到 v= 4 km/s解得轨道至少需要的长度为x = 20 m（1分）弹体从静止加速到 v= 4 km/s过程中，根据牛顿第二定律有 F = ma（1分）根据运动学公式有 v= at（1分）根据焦耳定律，发射过程中产生的热量有2Q= I （R+ r）t（1 分）弹体的动能Ek= *mv2系统消耗的总能量为E=
11、 Ek+ Q（1 分）解得 E = 1.76 X 106 j（i 分）d. 磁流体问题（8）（2018改编，8分）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图（a）是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。如图（b）所示，通道尺寸 a= 2.0 m、b= 0.15 m、c = 0.10 m。工作时，在通道内沿 z轴正方向加 B = 8.0 T的匀强磁场；沿 x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U = 99.6 V ;海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率尸0.20 Qm船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。it朋口出餐口宦爲板答案：796.8 N（6分）方向沿y轴正方向（向右）（2分）解析：根据安培力公式，推力F1= hBb（2分）其中R（1分）b八R= pac（2 分）解得 F1= 796.8 N（2 分）根据左手定则可知，对海水推力的方向沿y轴正方向（向右）（1分）b0+ 33Bo * 2=23Bo,故 C 项正确。2 通电导线在磁场中受到的力a.用左手定则判断安培力的方向（3）（经典题，6分）如图所示，把一个重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通如图所示方向电流I时，导线将如何运动（从上往下看）（）