專題強化01　安培力作用下導(dǎo)體的運動和平衡問題-高二簡言物理課件（人教選擇性必修第二冊）

第一章

安培力與洛倫茲力專題強化1安培力作用下導(dǎo)體的運動

和平衡問題1．探究能力：會用左手定則判斷安培力的方向．2．推理能力：可根據(jù)平衡與非平衡狀態(tài)建立相應(yīng)方程解答問題．3．綜合能力：能結(jié)合牛頓第二定律、動能定理、動量定理等知識點解答問題．01KAODIANFENXI>>考點分析

精準掌握

例1

如圖所示，把一重力不計可自由運動的通電直導(dǎo)線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，當(dāng)通以圖示方向的電流時，導(dǎo)線的運動情況是（從上往下看）（）A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升考向1電流元法特殊位置法√考向2等效法例2

如圖所示，兩個完全相同的閉合導(dǎo)線環(huán)掛在光滑絕緣的水平橫桿上，當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中通有反向電流后，兩導(dǎo)線環(huán)開始運動，以下關(guān)于兩導(dǎo)線環(huán)運動情況的說法正確的是（）A．二者相互靠近，各自做勻變速直線運動B．二者相互遠離，各自做加速度減小的直線運動C．二者相互靠近，各自做加速度減小的直線運動D．二者相互遠離，各自做加速度增大的直線運動√解析將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖所示，依題意，根據(jù)安培定則與左手定則，可知反向電流相互排斥，則兩導(dǎo)線環(huán)將相互遠離，在逐漸遠離的過程中，兩導(dǎo)線環(huán)所在處的磁場逐漸減弱，則受到的安培力逐漸減小，根據(jù)牛頓第二定律可知，加速度減小，所以兩導(dǎo)線環(huán)做加速度減小的直線運動。故選B。NSNSI考向3結(jié)論法例3

兩條導(dǎo)線互相垂直，如圖3所示，但相隔一段小距離，其中AB是固定的，CD能自由活動，當(dāng)直流電流按圖示方向通過兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)A.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線ABB.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線ABC.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時遠離導(dǎo)線ABD.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時遠離導(dǎo)線AB圖3√解析兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流相同的趨勢，假設(shè)CD導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°，此時兩電流為同向電流，相互吸引.所以導(dǎo)線CD逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB.故B正確，A、C、D錯誤.考向4轉(zhuǎn)換研究對象法例4

在水平光滑桌面上平放一根條形磁鐵，在S極（右端）的上方有一根垂直于紙面放置的長直導(dǎo)線A，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)線中通有垂直紙面向外的電流時，條形磁鐵（）A．對桌面的壓力減小，同時向左加速運動B．對桌面的壓力增大，同時向左加速運動C．對桌面的壓力減小，同時向右加速運動D．對桌面的壓力增大，同時向右加速運動√解析根據(jù)條形磁體磁感線分布情況得到導(dǎo)線所在位置的磁場方向，根據(jù)左手定則可判斷安培力F安斜向左上，如圖甲，由牛頓第三定律可知，導(dǎo)線對磁鐵的作用力斜向左下方，將該力分解為豎直向下和水平向左，故桌面對磁鐵的支持力增大，同時向左加速度運動。故選B。FBNF1F2mgF′ZHUANTIQIANGHUA>>專題強化

針對提升

02二、安培力作用下導(dǎo)體的平衡1.求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的基本思路注意區(qū)分磁源和研究對象注意磁場與電流方向的轉(zhuǎn)變2.分析求解安培力時需要注意的問題(1)首先畫通過研究導(dǎo)體的重心或受力位置的磁感線，并做出該點的切線方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力方向.(2)l為導(dǎo)體垂直于磁場方向的長度，即當(dāng)導(dǎo)體與磁場垂直時，磁場內(nèi)導(dǎo)體兩端點的直線距離.例5

質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，磁感應(yīng)強度大小B＝2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖5所示.現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭，試求出為使桿ab靜止不動，通過ab桿的電流范圍為多少.(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2)圖5答案0.14A≤I≤0.46A解析桿ab中的電流方向為從a到b，所受安培力的方向平行于導(dǎo)軌向上.當(dāng)電流較大時，桿有向上的運動趨勢，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達到最大時，安培力為最大值F1，此時通過ab的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時，應(yīng)該是桿受向上的最大靜摩擦力，此時的安培力為F2，電流為Imin.正確地畫出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解.如圖甲所示，有F1－mgsinθ－Ff1＝0FN－mgcosθ＝0Ff1＝μFNF1＝BImaxd解得Imax＝0.46A甲如圖乙所示，有F2＋Ff2－mgsinθ＝0FN－mgcosθ＝0Ff2＝μFNF2＝BImind解得Imin＝0.14A所以通過ab桿的電流范圍是0.14A≤I≤0.46A.乙例6

如圖6所示，用兩根懸線將質(zhì)量為m、長為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強磁場內(nèi).當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向θ角而處于平衡狀態(tài).為了使棒平衡在該位置上，所需磁場的最小磁感應(yīng)強度的大小、方向為(重力加速度為g)√圖6解析畫出題中裝置從右向左看的側(cè)視圖，棒的受力分析如圖所示.要求所加磁場的磁感應(yīng)強度最小，應(yīng)使棒平衡時所受的安培力最小.由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力的最小值為Fmin＝mgsinθ，即IlBmin＝mgsinθ，三、安培力作用下導(dǎo)體棒的非平衡問題1.解決在安培力作用下物體的非平衡問題，首先畫好平面圖，標注相應(yīng)的電流方向和磁場方向，然后利用左手定則判斷安培力的方向.2.對研究對象進行受力分析，其中重要的是不要漏掉安培力，然后列牛頓第二定律、動量定理、動能定理等方程求解.例7

如圖7所示，光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ，處在磁感應(yīng)強度為B、豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)軌中接入電動勢為E、內(nèi)阻為r的直流電源.電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計，將質(zhì)量為m、長度為l的導(dǎo)體棒由靜止釋放，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大小.(重力加速度為g)圖7解析畫出題中裝置的側(cè)視圖，導(dǎo)體棒受力分析如圖所示，導(dǎo)體棒受重力mg、支持力FN和安培力F，由牛頓第二定律得mgsinθ－Fcosθ＝ma，返回例7

如圖所示，在水平放置的平行導(dǎo)軌（間距為0.2m）一端架放著一根質(zhì)量m=40g，長L=0.2m的金屬棒ab，導(dǎo)軌另一端通過開關(guān)與電源相連，該裝置放在高h=20cm的絕緣墊塊上。當(dāng)有豎直向下B=1T的勻強磁場時，接通開關(guān)（圖中末畫開關(guān)），金屬棒ab會被平拋到距導(dǎo)軌右端水平距離s=100cm處，不計一切阻力，g=10m/s2，試求：（1）開關(guān)接通瞬間安培力對金屬棒ab做的功W？（2）開關(guān)接通瞬間流經(jīng)金屬棒ab的電荷量q？解析(1)棒離開水平軌道后只受重力，開始做平拋運動，運動時間為t2，則有：聯(lián)立解得：開關(guān)接通瞬間安培力對金屬棒ab做功把電能轉(zhuǎn)化為棒的動能，由動能定理有：(2)設(shè)開關(guān)接通瞬間棒通電時間為t1，末速度為v0，由動量定理得：化簡得：解得：返回ZOUJINGAOKAO>>走近高考

身臨其境

03（2018江蘇高考）如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為θ，間距為d．導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上，距底端的距離為s，導(dǎo)軌與外接電源相連，使金屬棒通有電流．金屬棒被松開后，以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑，金屬棒中的電流始終保持恒定，重力加速度為g．求下滑到底端的過程中，金屬棒：（1）末速度的大小v；（2）通過的電流大小I；（3）通過的電荷量Q．【答案】（1）

；（2）

；（3）

；

解析：（1）勻加速直線運動v2=2as

解得（2）安培力F安=IdB

金屬棒所受合力牛頓運動定律F=ma解得

I=（3）運動時間

電荷量Q=It解得安培力的有效長度問題1．如圖所示，“L”型導(dǎo)線abc固定并垂直于磁場放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中、已知ab=bc=l，ab垂直bc。導(dǎo)線通入恒定電流I時，導(dǎo)線abc受到的安培力大小為（

）A．BIl

B．

C．

2BIl D．SUITANGYANLIAN>>隨堂演練

精準提升

04安培力的平衡問題2．如圖甲所示，兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間的距離為L，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，其質(zhì)量為m，長度為L，通過的電流為I。（1）沿棒ab中電流方向觀察，側(cè)視圖如圖乙所示，為使導(dǎo)體棒ab保持靜止，需加一勻強磁場，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上，求磁感應(yīng)強度B1的大?。唬?）若（1）中磁場方向改為豎直向上，如圖丙所示，求磁感應(yīng)強度B2的大?。话才嗔Φ钠胶鈫栴}3．如圖所示，豎直平面內(nèi)有一光滑絕緣四分之一圓弧軌道，一質(zhì)量為m、長度為L、電流大小為I的通電導(dǎo)體棒水平放置在圓弧軌道上?，F(xiàn)加上與紙面平行的勻強磁場（圖中未畫出），導(dǎo)體棒恰能靜止于軌道的P處，P與圓心O的連線與水平方向的夾角θ=60°，重力加速度為g，則磁感應(yīng)強度大小可能為（

）A．

B． C．

D．解析

對通電導(dǎo)體棒進行受力分析如下圖可知當(dāng)安培力與支持力垂直時，安培力有最小值，則此時磁感應(yīng)強度大小最小，則有F合=mgF安min=BminIL代入數(shù)據(jù)有則磁感應(yīng)強度大小應(yīng)比Bmin大。故選AB。安培力的平衡問題4．如圖所示，一根通電的直導(dǎo)線放在傾斜的粗糙導(dǎo)軌上，置于圖示方向的勻強磁場中，處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)逐漸增大電流，導(dǎo)體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導(dǎo)體棒受到的摩擦力的大小變化情況可能是（）A．一直增大 B．先增大后減小C．先減小后增大 D．始終為零解析根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)體棒所受安培力方向沿斜面向上，受力如圖所示，因?qū)w棒處于靜止狀態(tài)，所受外力的合力為0。當(dāng)時，隨電流的增大，導(dǎo)體棒有沿斜面向上運動的趨勢，摩擦力方向沿斜面向下，且增大電流，安培力增大，摩擦力增大。當(dāng)時，導(dǎo)體棒開始有沿斜面向下運動的趨勢，摩擦力方向沿斜面向上，且增大電流，安培力增大，摩擦力先減小，當(dāng)安培力大小等于重力沿斜面向下的分力時，摩擦力減為0，之后隨安培力的進一步增大，導(dǎo)體棒有沿斜面向上運動的趨勢，摩擦力方向沿斜面向下，此時增大電流，安培力增大，摩擦力增大，即摩擦力先減小，后增大。故選AC。返回安培力的非平衡問題5．如圖所示，電源電動勢E=2.4V，內(nèi)阻r=0.4Ω，電阻，CD、EF為豎直平面內(nèi)兩條平行導(dǎo)軌，處在與導(dǎo)軌平面垂直的水平勻強磁場中，其電阻忽略不計。ab為金屬棒，質(zhì)量為m=5g，在導(dǎo)軌間的長度為l=25cm，接在導(dǎo)軌間的電阻為R1=0.2Ω，ab可在光滑導(dǎo)軌上垂直于導(dǎo)軌滑動且與導(dǎo)軌接觸良好，g取10m/s2。（1）當(dāng)S斷開，ab保持靜止時，求勻強磁場的磁感應(yīng)強度大?。唬?）若磁感應(yīng)強度大小取第（1）問中的值，求