【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第1章1.安培力課件

第一章1.安培力基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.結(jié)合實(shí)例的分析,體會(huì)判斷安培力方向的方法。(物理觀念)2.會(huì)推導(dǎo)安培力公式F=ILB或F=ILBsinθ,能夠通過模型構(gòu)建,解決涉及安培力的平衡問題或運(yùn)動(dòng)問題。(科學(xué)思維)3.通過實(shí)驗(yàn)探究安培力的方向與電流的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向之間的關(guān)系。(科學(xué)探究)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、安培力的方向1.認(rèn)識(shí)安培力安培于1820年首先發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用。定義:磁場(chǎng)對(duì)

的作用力。

兩根相互平行、距離很近的通電直導(dǎo)線,當(dāng)給導(dǎo)線通以相同的電流時(shí),兩根導(dǎo)線靠近;當(dāng)給導(dǎo)線通以相反的電流時(shí),兩根導(dǎo)線遠(yuǎn)離。通電導(dǎo)線2.安培力的方向用

判斷。判斷方法:伸出左手,四指并攏,使大拇指和其余四指

,并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi),讓磁感線垂直穿過

,四指指向

,則

所指方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向。

與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直安培力的方向與

方向、

方向有關(guān)。

左手定則垂直手心電流方向大拇指磁場(chǎng)磁場(chǎng)二、安培力的大小(1)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力F的大小與導(dǎo)線中的電流I、導(dǎo)線長(zhǎng)度L和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比,公式為F=

。

(2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí),導(dǎo)線不受安培力。

夾角影響安培力的大小(3)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向的夾角為θ時(shí),導(dǎo)線所受安培力的大小F=

。

ILBILBsinθ情境鏈接觀察安培力的方向的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。接通電源,待線框平衡后觀察彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)

F;改變電流方向,待線框平衡后觀察彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)是否改變;改變磁場(chǎng)方向,待線框平衡后觀察彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)是否改變,并說明原因。提示

改變

改變通電線框受到了磁場(chǎng)對(duì)它的作用力。易錯(cuò)辨析(1)安培力的方向可能與磁場(chǎng)方向垂直,也可能不垂直。(

)(2)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到安培力的作用。(

)(3)安培力的方向與導(dǎo)線方向一定垂直。(

)(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與導(dǎo)線中的電流成反比,與其受到的安培力成正比。(

)××√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一安培力的方向?qū)W(xué)探究在觀察通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受力的方向的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)改變導(dǎo)線中電流的方向,觀察受力方向是否變化。(2)上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)的方向,觀察受力方向是否變化。

提示

(1)變化

(2)變化

知識(shí)歸納1.安培力方向的特點(diǎn)(1)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí),安培力的方向、磁場(chǎng)方向和電流方向兩兩相互垂直。應(yīng)用左手定則判斷時(shí),磁感線垂直穿過掌心,拇指、其余四指和磁感線三者方向兩兩垂直。(2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),安培力的方向仍垂直于電流方向,也垂直于磁場(chǎng)方向。應(yīng)用左手定則判斷時(shí),拇指與四指、拇指與磁感線方向均垂直,但磁感線與四指方向不垂直。2.安培定則與左手定則對(duì)比理解

比較項(xiàng)安培定則左手定則應(yīng)用判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向因果關(guān)系電流是因,磁場(chǎng)是果電流和磁場(chǎng)都是因,安培力是果結(jié)論判斷安培力的方向不是用安培定則,而是用左手定則3.平行通電直導(dǎo)線間的相互作用同向電流相互吸引,反向電流相互排斥。特別提示

判斷安培力方向時(shí)首先要確定磁場(chǎng)與電流所在的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

(2023北京順義高二模擬)在下列圖中,標(biāo)出的磁場(chǎng)B的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向正確的是(

)C解析

A項(xiàng)中根據(jù)左手定則可知電流方向應(yīng)水平向右,故A錯(cuò)誤;B項(xiàng)中根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)方向應(yīng)水平向左,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng)中根據(jù)左手定則可知電流方向垂直紙面向外,故C正確;D項(xiàng)中根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向外,故D錯(cuò)誤。方法技巧

左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場(chǎng)的方向,所以應(yīng)用左手定則時(shí),必須使大拇指指向與四指指向和磁場(chǎng)方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直,所以磁場(chǎng)方向可能與四指方向成某一夾角,此時(shí)要對(duì)磁場(chǎng)方向進(jìn)行分解,但四指一定要指向電流方向。對(duì)點(diǎn)演練1(多選)如圖所示的裝置可演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用。電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌,L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿。當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b,導(dǎo)軌兩端e、f,分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí),L便在導(dǎo)軌上滑動(dòng),下列說法正確的是(

)A.若a接正極、b接負(fù)極,e接正極、f接負(fù)極,則L向右滑動(dòng)B.若a接正極、b接負(fù)極,e接負(fù)極、f接正極,則L向右滑動(dòng)C.若a接負(fù)極、b接正極,e接正極、f接負(fù)極,則L向左滑動(dòng)D.若a接負(fù)極、b接正極,e接負(fù)極、f接正極,則L向左滑動(dòng)BD解析

若a接正極、b接負(fù)極,由安培定則(右手螺旋定則)知電磁鐵上下兩磁極間磁場(chǎng)方向向上;若e接正極、f接負(fù)極,由左手定則知L所受的安培力向左,L向左滑動(dòng);若e接負(fù)極、f接正極,L所受的安培力向右,L向右滑動(dòng),A錯(cuò)誤,B正確。同理,若a接負(fù)極、b接正極,磁場(chǎng)方向向下;e接正極、f接負(fù)極,L所受的安培力向右,L向右滑動(dòng);e接負(fù)極、f接正極,L所受的安培力向左,L向左滑動(dòng),故C錯(cuò)誤,D正確。探究點(diǎn)二安培力的大小導(dǎo)學(xué)探究處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線,如果放置的方式不同(可能如圖中三種方式),其所受安培力的大小是否相同?提示

放置方式不同,通電導(dǎo)線所受的安培力大小可能不同。

知識(shí)歸納(1)公式F=ILB中L指的是“有效長(zhǎng)度”。當(dāng)B與I垂直時(shí),F最大,F=ILB;當(dāng)B與I平行時(shí),F=0。(2)彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于連接兩端點(diǎn)線段的長(zhǎng)度l(如圖所示)。相應(yīng)的電流沿該線段由始端流向末端。(3)若磁場(chǎng)方向和電流方向成θ角,如圖所示,可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解成B⊥=Bsinθ和B∥=Bcosθ,而B∥對(duì)通電導(dǎo)線是沒有作用力的。所以F=ILB⊥=ILBsinθ。(4)當(dāng)電流同時(shí)受到幾個(gè)安培力時(shí),則電流所受的安培力為這幾個(gè)安培力的矢量和。應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

如圖所示,用電阻率為ρ、橫截面積為S、粗細(xì)均勻的電阻絲折成平面梯形框架,ab、cd邊均與ad邊成60°角,ab=bc=cd=L?？蚣芘c一電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻忽略不計(jì)的電源相連接。垂直于豎直框架平面有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則框架受到安培力的合力的大小和方向分別為(

)A解析

方法1:根據(jù)左手定則判斷出電阻絲各段受到的安培力的方向,如圖所示,設(shè)電阻絲abcd的電阻為3r,由幾何關(guān)系得,電阻絲ad段的長(zhǎng)度為2L、電阻為2r;電阻絲abcd的電流為I1=,電阻絲ad對(duì)點(diǎn)演練2(2023湖北高二期末)如圖所示,用粗細(xì)均勻的電阻絲折成平面框架abcd。其中ab、cd邊與bc邊夾角均為120°,ab=bc=cd=L,長(zhǎng)度為L(zhǎng)的電阻絲電阻為R0,框架與一電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻r=0.5R0的電源相連接,垂直于框架平面有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則框架abcd所受安培力的大小為(

)B探究點(diǎn)三安培力作用下導(dǎo)體的平衡導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,相距為d、傾角為α的光滑平行導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒恰處于平衡狀態(tài)。(1)判斷此時(shí)導(dǎo)體棒所受安培力的方向。(2)導(dǎo)體棒受到幾個(gè)力的作用而平衡?提示

(1)導(dǎo)體棒所受安培力的方向?yàn)樗较蛴摇?2)導(dǎo)體棒受到重力、彈力和安培力3個(gè)力的作用而平衡。知識(shí)歸納1.安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題題目所給出的圖一般為“立體圖”,如果把導(dǎo)體棒的受力直接畫在導(dǎo)體棒上,則較為抽象,不利于問題的求解,一般把抽象的立體圖轉(zhuǎn)換為直觀的“平面圖”。2.畫平面圖時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)明各輔助要素應(yīng)先標(biāo)明磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、電流的方向、導(dǎo)體棒端點(diǎn)的名稱、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與平面的夾角、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流的夾角、線框與水平面或與豎直面之間的夾角等,然后根據(jù)安培力方向一定垂直于電流和磁場(chǎng)所決定的平面的特點(diǎn)準(zhǔn)確畫出安培力的方向。3.安培力作用下平衡問題解題的基本步驟

特別提示

在對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行受力分析時(shí),安培力的方向易畫錯(cuò),因此應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)受力分析時(shí),將表示磁場(chǎng)的箭頭在受力圖旁邊標(biāo)出,便于確定安培力的方向;(2)畫完圖后,要檢查一下,看安培力是否垂直于B和I所決定的平面。應(yīng)用體驗(yàn)【例3】

(多選)(2023河北唐山開灤第二中學(xué)高二期末)如圖所示,金屬桿ab的質(zhì)量為m,長(zhǎng)為L(zhǎng),通過的電流為I,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面夾角為θ且斜向上,金屬桿ab靜止于水平導(dǎo)軌上,則(

)A.金屬桿受到的安培力大小為BILsinθB.金屬桿受到的安培力大小為BILcosθC.金屬桿受到的摩擦力大小為BILsinθD.金屬桿對(duì)導(dǎo)軌的壓力大小為mg-BILcosθCD解析

金屬桿的受力分析如圖所示,電流方向與磁場(chǎng)方向垂直,則金屬桿受到的安培力大小為F=BIL,根據(jù)受力平衡可得金屬桿受到的摩擦力大小為f=Fsin

θ=BILsin

θ,金屬桿受到的支持力大小為N=mg-Fcos

θ=mg-BILcos

θ,由牛頓第三定律知金屬桿對(duì)導(dǎo)軌的壓力為N壓=N=mg-BILcos

θ。故選C、D。對(duì)點(diǎn)演練3(多選)(2023重慶巴蜀中學(xué)高二期末)如圖所示,水平放置的兩導(dǎo)軌P、Q間的距離d=0.5m,導(dǎo)軌間有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),垂直于導(dǎo)軌放置的ab棒的質(zhì)量m=1kg,系在ab棒中點(diǎn)的水平輕繩跨過定滑輪與重物G相連。已知ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,電源的電動(dòng)勢(shì)E=10V、內(nèi)阻r=0.1Ω,導(dǎo)軌及ab棒的電阻均不計(jì)。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R=0.9Ω時(shí),ab棒處于靜止?fàn)顟B(tài)且僅受四個(gè)力作用,g取10m/s2,下列選項(xiàng)正確的是(

)A.重物的質(zhì)量為1kgB.ab棒保持靜止,滑動(dòng)變阻器R的最小值為0.4ΩC.ab棒保持靜止,滑動(dòng)變阻器R的最大值為1.15ΩD.若將磁場(chǎng)反向,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,仍可讓系統(tǒng)平衡AC學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(安培力的方向)如圖所示,一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面(紙面)上,銅線所在空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向豎直向下。當(dāng)銅線通有順時(shí)針方向的電流時(shí),銅線所受安培力的方向(

)A.向前

B.向后C.向左

D.向右A解析

根據(jù)左手定則可知,安培力的方向一定和磁場(chǎng)方向垂直,同時(shí)一定和電流方向垂直,當(dāng)銅線通有順時(shí)針方向的電流時(shí),可等效為銅線通有向右的電流,故銅線所受安培力的方向向前,A正確。12342.(左手定則的應(yīng)用)(2023吉林白城高二期末)某新型電磁船的實(shí)物圖和俯視圖如圖所示,MM'、NN'為固定在船底的平行金屬板,海水可以在它們之間貫穿而過。船上裝有產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的裝置,可在兩平行金屬板間海水中的虛線框內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。直流電源接在M、N間,導(dǎo)電的海水在磁場(chǎng)作用下即可推動(dòng)該船運(yùn)動(dòng)。閉合開關(guān)S后,要使船向左運(yùn)動(dòng),虛線框中的磁場(chǎng)方向(

)A.豎直向上 B.豎直向下C.水平向左 D.水平向右A解析

要使船向左運(yùn)動(dòng),船受到的作用力應(yīng)向左,根據(jù)力的相互作用可知海水受到向右的安培力,根據(jù)左手定則可知虛線框中的磁場(chǎng)方向豎直向上。故選A。123412343.(安培力的大小)(2023湖南益陽高二期末)如圖所示,將長(zhǎng)為2L的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等、夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)導(dǎo)線中通以電流I時(shí),該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(

)D解析

根據(jù)題意,由題圖可知,導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)'=2Lsin

30°=L,該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大