第5.1节 安培力(2)-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

第五章·磁场 第1节 安培力（2） ◎目标导航 知识要点 难易度 1．电流天平 2．磁电式电表 3．动圈式扬声器 4．电磁炮 5．斜面上安培力的综合运用 ★★ ★★ ★ ★★★ ★★★★ ◎知识精讲 三、安培力的应用 1．电流天平 线圈在磁场中受力向下，其大小可由天平的砝码重力进行测量，从而计算出电流强度。 2．磁电式电表 电流在蹄形磁体的磁场中受安培力而转动，电流越大，指针转到角度也越大，从而可以作为电流计测量电流强度。 3．动圈式扬声器 通电线圈连接着喇叭，随着电流强弱的变化而振动发声。 4．电磁炮 导轨和炮弹构成回路，炮弹处于强磁场中，当电路中通以强电流时，炮弹受到安培力而向前加速。 一般用动能定理解题。 ◎例题精讲 例1. 如图所示是电流天平原理示意图，使用电流天平可测量通电导线在磁场中所受安培力。长方形线圈abcd共绕15匝，底边bc长5cm，挂在等臂天平的左端，并使线圈的bc边水平地悬于某一匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入0.5A 的电流，天平失去平衡。设此时右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入37.5g 砝码。求： （1）线圈中电流的方向； （2）匀强磁场的磁感应强度大小。 【答案】（1）a → b → c → d （2）0.98T 【解析】（1）线圈通电流后，ab 边和cd 边在磁场部分所受的安培力沿水平方向等值反向而彼此平衡； bc 边所受安培力方向应竖直向下，才会导致右盘上升而使天平失去平衡，由左手定则可判断线圈中的电流方向是a → b → c → d。 （2）天平左边线圈bc所受的安培力和右盘中砝码的重力相平衡，则：nBIL=mg，所以B=。 例2. 如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量为m的待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在宽为d、长L的两平行水平轨道之间无摩擦滑动。电流I从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道，用这种装置可以把弹体加速到。不计空气阻力，则轨道间匀强磁场的磁感应强度大小是（　　） （A） （B） （C） （D） 【答案】D 【详解】通电弹体在磁场中受安培力的作用而加速，由动能定理得： 解得：. 例3. 如图甲是磁电式表头的结构示意图，其中线圈是绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架（图中未指出）上，关于图示软铁、螺旋弹簧、铝框和通电效果，下列表述中正确的是（　　） （A）线圈带动指针转动时，通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大 （B）与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得磁极之间产生稳定的匀强磁场 （C）铝框的作用是为了利用涡流，起电磁驱动作用，让指针快速指向稳定的平衡位置 （D）乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，线框将逆时针转动。 【答案】A 【详解】A．当线圈通电后，安培力矩使其转动，导致螺旋弹簧产生阻力，当转动停止时，阻力矩与安培力矩正好平衡，所以通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大。故A正确； B．与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置．它的平面都跟磁感线平行，安培力总与磁感应强度的方向垂直，故B错误； C．由于铝框转动时会产生感应电流，所以铝框要受安培力，安培力阻碍铝框的转动使其快速停止转动，即发生电磁阻尼，故C错误； D．乙图中电流方向a垂直纸面向外，所受安培力向上；b垂直纸面向内，所受安培力向下，线圈将顺时针转动，故D错误。 ◎考点题型 考点01 安培力和欧姆定律的综合应用 例4. 如图所示，电源电动势，内阻，电阻，CD、EF为竖直平面内两条平行导轨，处在与导轨平面垂直的水平匀强磁场中，其电阻忽略不计。ab为金属棒，质量为，在导轨间的长度为，接在导轨间的电阻为，ab可在光滑导轨上垂直于导轨滑动且与导轨接触良好，取。 （1）当S断开，ab保持静止时，求匀强磁场的磁感应强度大小； （2）若磁感应强度大小取第（1）问中的值，求S接通瞬间，金属棒的加速度大小及方向。 【答案】（1）；（2），方向竖直向下 【详解】（1）S断开时，由闭合回路欧姆定律可得，通过导体棒的电流为 对导体棒，由平衡条件可得 解得 （2）S接通时，根据题意可得，外电路的总电阻为 由闭合回路欧姆定律可得，通过电源的电流， 通过金属棒的电流 金属棒所受安培力大小为 由牛顿第二定律得，金属棒的加速度大小为 方向竖直向下。 考点02 安培力在斜面上的综合应用 例5. 如图所示，相距L=10cm的两条平行光滑导轨组成的平面与水平面夹角θ=30°，导轨两端M、N 间接一电动势E=3V、内阻r=0.5Ω的电源，垂直于导轨平面有一匀强磁场，将质量m=10g的金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒与导轨接触良好，金属棒恰能静止不动。若两导轨