人教版高中物理选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力专题课一安培力作用下的导体运动和平衡问题课件（29页ppt）

(共29张PPT)
第一章　安培力与洛伦兹力
专题课一　安培力作用下的导体运动和平衡问题
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专题一 安培力作用下的导体运动方向的判断
要点　归纳
不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导 线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生 的运动，在实际操作过程中，往往采用以下五种方法：
1. 电流元法
把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判 断整段导线所受合力的方向，从而确定导线的运动方向.
2. 等效法
环形电流可等效成小磁针（或条形磁铁），通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环 形电流，反过来等效也成立.
3. 特殊位置法
通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置 （如转过90°），然后判断其所受安 培力的方向，从而确定其运动方向.
4. 结论法
两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相 排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势.
5. 转换研究对象法
定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的 安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受 合力及运动方向.
研习　经典
C
A. 顺时针转动，同时下降
B. 顺时针转动，同时上升
C. 逆时针转动，同时下降
D. 逆时针转动，同时上升
解析：本题宜采用电流元法，如图甲所示，作一条磁感线，在导线两侧各取一小段， 分析这两个电流元的受力情况，由左手定则知，P处受力方向向外，Q处受力方向向 里，所以从上往下看导线将逆时针转动；再取一个特殊位置——导线逆时针转过90° 时，如图乙所示，此时导线所受安培力向下，导线将向下运动.实际上导线转过一个 非常小的角度时就受到向下的力，并向下运动，所以从上往下看导线将一边逆时针转 动，一边向下运动，C选项正确.
名师点评
　　解决此类问题，一定要认真读题，深刻领会题意，准确判断题目类型，选择合适 的解决方法；要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线 的受力情况或将要发生的运动.
针对　训练
A. 俯视逆时针转动，同时靠近磁铁
B. 俯视顺时针转动，同时靠近磁铁
C. 俯视逆时针转动，同时远离磁铁
D. 俯视顺时针转动，同时远离磁铁
解析：本题采用等效法.环形电流可等效为小磁针，线圈向外一面为S极，因为异名磁 极相互吸引，因此从上往下看，即俯视，线圈做逆时针方向转动，同时靠近磁铁，故 A正确，B、C、D错误.
A
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专题二 安培力作用下的导体运动方向的判断
要点　归纳
1. 安培力作用下的平衡问题，关键是做好受力分析，然后根据平衡条件求解.
2. 安培力作用下的平衡问题的解题步骤
解题步骤可总结为：见立体，画平面；标磁场，做分析.
（1）见立体，画平面：这类题目通常给出的是立体图，立体图不便于我们的分析， 所以我们要先画出平面图，在平面上进行受力分析，以及运动分析.
（2）标磁场，做分析：平面图画好后要把磁场方向准确地标上，其目的是方便我们 判断安培力的方向；受力分析后根据共点力平衡的条件列出平衡方程进行求解，涉及 动态平衡问题的题型，受力分析后依据动态平衡解决方法进行求解.
研习　经典
[典例2]　如图所示，金属杆ab的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应 强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为θ角斜向上，结果ab静止于水平 导轨上.求：
（1）金属杆ab受到的摩擦力大小；
答案：（1）BIlsin θ　
解析：（1）作出平面图，对导体棒作受力分析如图所示，导体棒所受安培力F安＝BIl，
根据共点力的平衡有f＝F安sin θ＝BIlsin θ.
（2）金属杆对导轨的压力大小.
答案：（2）mg－BIlcos θ
解析：（2）竖直方向的受力平衡有
mg＝FN＋F安cos θ＝FN＋BIlcos θ，
整理得FN＝mg－BIlcos θ.
根据牛顿第三定律可得，金属棒对轨道的压力FN'＝mg－BIlcos θ.
名师点评
　　安培力其实就是普通的力，像重力、弹力、摩擦力一样，我们只要准确地判断出 安培力的大小和方向，这类问题就变成了一般的动力学问题.
针对　训练
A. 若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流
B. 若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流
C. 若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流
D. 若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流
BC
解析：当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，则线圈P需要受到 竖直向下的安培力，若P处磁场方向沿半径向外，由左手定则可知，可在P中通入负 向电流，故A错误，B正确；若P处磁场方向沿半径向内，由左手定则可知，可在P中 通入正向电流，故C正确，D错误.
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专题三 安培力作用下的导体运动方向的判断
要点　归纳
1. 安培力作用下加速问题的解题思想是将电磁问题力学化.
2. 安培力作用下加速问题解题步骤
（1）确定要研究的导体.
（2）选定观察角度将立体图形平面化处理进行导体受力分析.
（3）分析导体的运动情况.
（4）根据牛顿第二定律列式求解.
研习　经典
[典例3]　如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B、竖直向下的匀 强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源.电路中有一阻值为R的电阻， 其余电阻不计，将质量为m、长度为l的导体棒由静止释放，
导体棒沿导轨向下运动，导体棒与导轨垂直且接触良好，求
导体棒在释放瞬间的加速度的大小.（重力加速度为g）
解析：画出题中装置的侧视图，导体棒受力分析如图所示，导体棒受重力mg、支持 力FN和安培力F，由牛顿第二定律得mgsin θ－Fcos θ＝ma，
针对　训练
3. 如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一间距L＝0.5 m的两平行金属导轨，在导 轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g 的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好.整个装置处于磁感应强度
B＝0.10 T，垂直于斜面向上的匀强磁场中（导轨与金属棒的电阻
不计）.最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g＝10 m/s2.
（1）若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；
答案：（1）0.1 N　
答案：（2）3～11 Ω　
解得R1＝11 Ω；
故滑动变阻器R接入电路中的阻值在3 Ω和11 Ω之间.
解得R2＝3 Ω；
（3）若导轨光滑，当滑动变阻器的电阻突然调节为23 Ω时，求金属棒的加速度 a的大小.
答案：（3）3.75 m/s2
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
A. 彼此靠近，且加速度大小相等
B. 彼此靠近，且加速度大小不相等
C. 彼此远离，且加速度大小相等
D. 彼此远离，且加速度大小不相等
解析：根据电流间相互作用规律“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，两 圆环应相互排斥，即彼此远离；再根据牛顿第二定律和牛顿第三定律可知，两圆环的 加速度大小相等，故C正确，A、B、D错误.
C
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2
3
4
D
A. 当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向M
B. 电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变
C. tan θ与电流I成正比
D. sin θ与电流I成正比
1
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4
A. 弹簧长度将变短
B. 弹簧长度将变长
C. F1＜F2 D. F1＞F2
BD
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解析：如图所示，导体棒处的磁场斜向右下方，由左手定则可知导 体棒受到的安培力F斜向左下方，由牛顿第三定律可知，磁铁受到 斜向右上方的反作用力F'，竖直向上的分力使台秤的示数减小，即 F1＞F2，水平向右的分力使弹簧长度变长，A、C错误，B、D正确.
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4. 如图所示，U形平行金属导轨与水平面成37°角，金属杆ab横跨放在导轨上，其有 效长度L为0.5 m，质量m为0.2 kg，与导轨间的动摩擦因数μ为0.5，空间存在竖直向 上的磁感应强度B为2 T的匀强磁场，要使ab杆在导轨上保持静止，则ab杆中的电流的 最大值不能超过多大？（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，取g＝10 m/s2，sin 37° ＝0.6，cos 37°＝0.8）
答案：4 A
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解析：“见立体，画平面；标磁场，做分析”，受力分析如图所示，
当电流最大时，杆刚好要沿斜面向上运动，在平行于导轨方向上，
有F安cos 37°＝mgsin 37°＋Ffm，
在垂直于导轨方向上，有FN＝F安sin 37°＋mgcos 37°，而Ffm＝μFN，
F安＝BImL，
联立并代入数据解得Im＝4 A.
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