整理 通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)湖北省興山縣第一中學(xué)魯軍443711導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到安培力作用，大小為BILsinθ，θ角為電流方向與磁場(chǎng)方向間的夾角；在用左手定則時(shí)一定要注意電流、磁場(chǎng)、安培力三者間的空間關(guān)系，安培力總是垂直于電流方向與磁場(chǎng)方向所確定的平面，因此只有當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，三者才是兩兩垂直的關(guān)系。導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，公式有和E=Blvsinθ(θ角為電流方向與磁場(chǎng)方tnE????向間的夾角)，前者

2、算出的為平均電動(dòng)勢(shì)，后者既可算瞬時(shí)的也可算平均的電動(dòng)勢(shì)，就看用什么速度了！一、安培力的靜態(tài)分析：一、安培力的靜態(tài)分析：本問(wèn)題屬于電磁學(xué)與靜力學(xué)的結(jié)合問(wèn)題，受力分析是基礎(chǔ)，空間想象是解題的關(guān)鍵。例1：質(zhì)量為m，導(dǎo)體棒MN靜止于水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，通過(guò)MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B，方向垂直MN且與導(dǎo)軌成α角斜向下，如圖1所示求棒受到的摩擦力與彈力解析：解析：棒MN受力較多，畫(huà)出正確的受力圖至關(guān)重要，而且必須將空間的問(wèn)題轉(zhuǎn)到平

3、面上來(lái)！沿NM看過(guò)去是最佳的視線，受力圖如圖2所示。分解安培力F安并結(jié)合物體平衡條件可得彈力、摩擦力大小分別為：FN=mgF安sinα=mgBILsinαFf=F安cosα=BILcosα點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：為避免弄錯(cuò)安培力方向，受力圖中有意畫(huà)出了磁場(chǎng)方向（虛線）。二、安培力的動(dòng)態(tài)分析二、安培力的動(dòng)態(tài)分析這類(lèi)問(wèn)題就是分析通電直導(dǎo)體或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)情況?；痉椒ㄓ幸韵聨追N：⑴電流元分析法：把環(huán)形電流分成很多的小段直線電流，然后用左手定則

4、判斷出每段電流元的安培力方向，最后確定出整段電流的合力方向以確定環(huán)形電流的運(yùn)動(dòng)方向。⑵等效分析法：把環(huán)形電流等效成小磁針，通電螺繞環(huán)等效為條形磁體。⑶平行電流的相互作用規(guī)律：同向電流相互吸引，異向電流相互推斥。⑷特殊位置法：把導(dǎo)體放到特殊的便于分析的位置上來(lái)判斷安培力的方向，以確定運(yùn)動(dòng)方向。例2：如圖3所示，把輕質(zhì)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈圓心且垂直于線圈平面。當(dāng)線圈通入如圖所示的電流后，判斷線圈將如何運(yùn)動(dòng)？解

5、析：解析：將環(huán)形電流分成很多小段，每一小段都可視作直線電流，現(xiàn)分析上下兩段，如圖4所示，由于對(duì)稱(chēng)性，合力一定沿軸線向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)（同時(shí)有擴(kuò)張的趨勢(shì)）。當(dāng)然本題用等效法也行，環(huán)形電流等效為沿軸線放置的小磁針，左邊為S極，與條形磁體的N極相對(duì)，相互吸引，因此線圈向左運(yùn)動(dòng)。例3：如圖5所示，在一個(gè)蹄形磁鐵的正上方放一可自由移動(dòng)的導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中能以如圖所示的電流時(shí)，在不考慮重力的情況下導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是（從上向下看）A順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B

6、順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升解析：解析：蹄形磁體的磁場(chǎng)分布很復(fù)雜，采用特殊位置法比較好：一是圖示位置，二是轉(zhuǎn)動(dòng)90與紙面垂直的位置。NSABI圖5NSI圖3NS圖4FFαBNM圖1圖2αFNmgFfF安α⑷撤去外力F后，棒在安培力作用下最終會(huì)停止，從能量守恒看棒的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱，據(jù)電路知識(shí)可得，R釋放的焦耳熱只占總焦耳熱的，因此Q=rRR?44222)(2dBFrRmRmvrRRm???點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)

7、評(píng)：⑴導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，不僅電磁感應(yīng)規(guī)律是重點(diǎn)，電路的相關(guān)知識(shí)也是關(guān)鍵！結(jié)合右手定則畫(huà)好電路圖，并能準(zhǔn)確標(biāo)出電源的正、負(fù)極（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由負(fù)極指向正極）是成功解題的良好開(kāi)端。⑵在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體會(huì)受安培力作用，安培力做多少正功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；安培力做多少負(fù)功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。例6：如圖9所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌上橫放著導(dǎo)體棒ab和cd形成回路，ab和cd質(zhì)量均為m，

8、電阻均為R(其余電阻及摩擦均不計(jì))，磁場(chǎng)垂直軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，初始cd靜止，ab以v0水平向右求：⑴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱；⑵ab棒速度為時(shí)，cd棒的加速度是多少043v解析解析：ab棒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可知電動(dòng)勢(shì)是由a指向b的，回路中便產(chǎn)生順時(shí)針的感應(yīng)電流，因此cd棒、ab棒的安培力分別向右、向左，那么cd棒、ab棒分別將向右加速、減速。cd棒運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向與ab棒的相反，回路中的總電動(dòng)勢(shì)E=E

9、abEcd，由于Eab減小而Ecd增加，所以E不斷減小，減為零時(shí)回路中不再有電流存在，兩棒便以相同的速度做勻速運(yùn)動(dòng)。⑴ab棒、cd棒所受安培力的大小相等，方向相反，因此雙棒組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒：mv0=2mv產(chǎn)生的焦耳熱等于系統(tǒng)的動(dòng)能損失：Q==22022121mvmv??2041mv⑵ab棒速度為時(shí)，cd棒速度為vc，由動(dòng)量守恒得：mv0=＋mvc043v043mv回路中的電動(dòng)勢(shì)E=BlBlvc043v回路中電流為I=RE2cd棒的加速