内容正文:
安培力做功的特点和实质
(1)安培力做功与路径有关,这一点与电场力不同.
(2)安培力做功的实质是能量转化
①安培力做正功时将电源的能量转化为导线的机械能或其他形式的能.
②安培力做负功时将机械能转化为电能或其他形式的能.
1.(多选)光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为L=20 cm的两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60 g、电阻R=1 Ω、长为L的导体棒ab,用长也为L的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成θ=53°角,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态(不考虑导体棒切割的影响),导轨电阻不计,sin53°=0.8,g=10 m/s2,则( )
A.磁场方向一定竖直向下
B.电源电动势E=3.0 V
C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3 N
D.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048 J
解析:导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直向下,A对;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知BIL·Lsinθ-mgL(1-cosθ)=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3 A,由E=IR得电源电动势E=3.0 V,B对;由F=BIL得导体棒在摆动过程中所受安培力F=0.3 N,C错;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量ΔE的和,即W=Q+ΔE,而ΔE=mgL(1-cosθ)=0.048 J,D错.
答案:AB
2.电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示,利用这种装置可以把质量为2.0 kg的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6 km/s.若这种装置的轨道宽2 m,长为100 m,通过的电流为10 A,求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度大小和磁场力的最大功率.(轨道摩擦不计)
解析:电磁炮在安培力的作用下,沿轨道做匀加速运动.因为通过100 m的位移加速至6 km/s,利用动能定理可得F安x=ΔEk,即
BILx=mv2-0.
代入数据可得B=1.8×104 T.
运动过程中,磁场力的最大功率为
P=Fvm=BILvm=2.16×109 W.
答案:1.8×104 T 2.16×109 W
总结提能
安培力和重力、弹力、摩擦力一样,会使通电导体在磁场中平衡、加速,也会涉及做功问题.解答时一般要用到动能定理、能量守恒定律等.
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第九章
恒定电流
第25课时 磁场及其对电流的作用
课前自主回顾
课堂互动探究
课后拓展提能
课时作业
知识点一:磁场、磁感应强度
1.磁场
(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有
的作用.
(2)方向:小磁针的 所受磁场力的方向.
2.磁感应强度
(1)物理意义:描述磁场的 .
(2)大小:B= (通电导线垂直于磁场).
磁场力
N极
强弱和方向
eq \f(F,IL)
(3)方向:小磁针静止时 的指向.
(4)单位:特斯拉(T).
N极
3.匀强磁场
(1)定义:磁感应强度的大小 、方向
的磁场称为匀强磁场.
(2)特点:疏密程度相同、方向相同的平行直线.
处处相等
处处相同
知识点二:磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向
1.磁感线
在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的
方向跟这点的磁感应强度方向一致.
切线
2.几种常见的磁场
(1)常见磁体的磁场(如图所示)
(2)电流的磁场
知识点三:安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力
1.安培力的大小
(1)磁场和电流垂直时:F= .
(2)磁场和电流平行时:F= .
BIL
0
2.安培力的方向
左手定则判断:
(1)伸出左手,让拇指与其余四指 ,并且都在同一个平面内.
(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向 方向.
(3) 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.
垂直
电流
拇指
[思考判断]
(1)磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的试探电流元的强弱有关.( × )
(2)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致.( × )
(3)在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大.( √ )
(4)相邻两条磁感线之间的空白区域磁感应强度为零.( × )
(5)将通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零.( × )
(6)由定义式B=eq \f(F,