安培力的大小为F= BILsinθ ,其中θ为B与I之间的夹角。
(1)若磁场方向与电流垂直时:F = BIL .
(2)若磁场方向与电流平行时:F = 0 .
电流所受的安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,所以安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所确定的平面。
涉及安培力的问题,本质上属于力学问题,做好受力分析是关键,并将题目中的立体图转化为平面图,从而画出准确的受力图是处理此类问题的技巧。
常见的几个立体电路图的降维(三维立体图转化为二维平面图)
【例1】质量为m ,长度为L的导体棒MN静止在水平导轨上。通过MN的电流为I ,匀强磁场的磁感应强度为B,与导轨平面成θ 角斜向上,如图1(a)所示,求MN受到的支持力和摩擦力的大小。
解:由于MN静止,对导体棒进行受力分析如图4(b)所示。
由受力分析可得
FT = mg+Fcosθ ………… ①
Fsinθ = f ………… ②
F= BIL ………… ③
联立①②③式,解得[来源: ]
FT = mg+BILcosθ
f= BILsinθ
【例2】如图2(a)所示,在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25m ,接入电动势E=12V、内阻不计的电池,垂直框面放有一根质量m=0.2kg的金属棒ab ,它与框架的动摩擦因数μ=,整个装置放在磁感应强度B=0.8T,垂直框面向上的匀强磁场中。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架与棒的电阻不计,g取10m/s2 。
解:(1)当滑动变阻器R取值较大时,I较小,安培力F较小,
在金属棒重力分力mgsinθ作用下使棒有沿框架下滑的
趋势,框架对棒的摩擦力沿框面向上,如图2(b)所
示。金属棒恰好不下滑时(临界状态)满足平衡条件:
解得
(2)当滑动变阻器R取值较小时,I较大,安培力F较大,
会使金属棒产生沿框架上滑的趋势,框架对棒的摩擦
力沿框面向下,如图2(c)所示。金属棒恰好不下滑
时(临界状态)满足平衡条件:
解得
所以滑动变阻器R的取值范围为1.6Ω≤R≤4.8Ω。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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