【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第1章專題提升1安培力作用下的運(yùn)動問題課件

第一章專題提升1安培力作用下的運(yùn)動問題重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)會分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動的情況。(科學(xué)思維)2.學(xué)會分析安培力作用下導(dǎo)體的加速。(科學(xué)思維)3.會用電流元法、等效法、特殊位置法、結(jié)論法、轉(zhuǎn)換研究對象法分析導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動和平衡問題。(科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動的問題知識歸納1.判斷導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的常規(guī)思路(1)不管是電流還是磁體,對通電導(dǎo)體的作用都是通過磁場來實(shí)現(xiàn)的,因此必須要清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況。(2)結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)體所受安培力的方向。(3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動情況。2.分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的幾種常用方法

電流元法把整段導(dǎo)體分為多段電流元,先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向,然后判斷整段導(dǎo)體所受安培力的方向,從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針,通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流(反過來等效也成立),然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特殊位置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)體到某個便于分析的特殊位置,判斷其所受安培力的方向,從而確定其運(yùn)動方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中,無轉(zhuǎn)動趨勢,同向電流互相吸引,反向電流互相排斥;不平行的兩直線電流相互作用時,有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題,可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場的反作用力,從而確定磁體所受合力及其運(yùn)動方向特別提示

判斷安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動方向的思路(1)首先應(yīng)畫出通電導(dǎo)體(或通電線圈)所在位置的磁感線方向。(2)根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)體(或通電線圈)所受安培力的方向。(3)由通電導(dǎo)體(或通電線圈)的受力情況判斷通電導(dǎo)體(或通電線圈)的運(yùn)動方向。應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

一個可以自由運(yùn)動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時,從左向右看,線圈L1將(

)A.不動B.順時針轉(zhuǎn)動C.逆時針轉(zhuǎn)動D.在紙面內(nèi)平動B解析

方法一:電流元法把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分,每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元,電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中,根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向豎直向上,由左手定則可知,上半部分電流元所受安培力均指向紙外,下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi),因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。故B正確。方法二:等效法把線圈L1等效為小磁針,該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心,小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場方向,由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上,而L1等效成小磁針后,轉(zhuǎn)動前,N極指向紙內(nèi),因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上,所以從左向右看,線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。故B正確。方法三:結(jié)論法環(huán)形電流I1、I2之間不平行,則必有相對轉(zhuǎn)動,直到兩環(huán)形電流同向平行為止,據(jù)此可知,從左向右看,線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。故B正確。對點(diǎn)演練1(2023山西忻州高二期末)如圖所示,將條形磁鐵放在水平桌面上,在其左上方固定一根長直導(dǎo)線,導(dǎo)線與條形磁鐵垂直,給導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流I。用N表示條形磁鐵對桌面的壓力,用f表示桌面對條形磁鐵的摩擦力,則導(dǎo)線通電后與通電前相比較(

)A.N減小,f=0B.N減小,f≠0C.N增大,f=0D.N增大,f≠0D解析

根據(jù)條形磁鐵的磁場分布可知,通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樾毕蜃笙?再根據(jù)左手定則可確定通電導(dǎo)線所受安培力指向左上方,所以通電導(dǎo)線對條形磁鐵的反作用力指向右下方,由于條形磁鐵處于靜止?fàn)顟B(tài),所以安培力的反作用力在水平方向向右的分力大小等于條形磁鐵所受桌面的摩擦力大小,所以摩擦力不為零,方向向左,同時,安培力的反作用力在豎直方向有向下的分力,其與重力之和等于桌面對條形磁鐵的支持力,所以支持力增大。故選D。探究點(diǎn)二安培力作用下導(dǎo)體的加速知識歸納(1)解決在安培力作用下導(dǎo)體的加速運(yùn)動問題,首先對研究對象進(jìn)行受力分析,其中重要的是不要漏掉安培力,然后根據(jù)牛頓第二定律列方程求解。(2)選定觀察角度畫好平面圖,標(biāo)出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。(3)與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目,主要應(yīng)用以下幾個知識點(diǎn):①閉合電路歐姆定律;②安培力求解公式F=BILsinθ;③牛頓第二定律。應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

(多選)(2023山東臨沂高二期末)某段光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分,O點(diǎn)為圓弧的圓心。兩金屬軌道之間的距離為0.5m,勻強(qiáng)磁場方向如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5T。質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬水平軌道上的M點(diǎn),金屬細(xì)桿與金屬軌道始終接觸良好。當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以大小為2A的恒定電流時,金屬細(xì)桿可以沿軌道向右由靜止開始運(yùn)動。已知lMN=lOP=1m,重力加速度g取10m/s2,則下列說法正確的是(

)A.金屬細(xì)桿開始運(yùn)動時的加速度大小為10m/s2B.金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時的速度大小為5m/sC.金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時的向心加速度大小為10m/s2D.金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時,對每一條軌道的作用力大小為0.75NAD解析

金屬細(xì)桿在水平方向受到安培力作用,安培力大小F安=BIL=0.5×2×0.5

N=0.5

N,金屬細(xì)桿開始運(yùn)動時的加速度大小為a==10

m/s2,A正確;對金屬細(xì)桿從M點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)的過程,安培力做功W安=F安·(lMN+lOP)=1

J,重力做功WG=-mg·lON=-0.5

J,根據(jù)動能定理有W安+WG=mv2,解得金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時的速度大小為v=

m/s,B錯誤;金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時的向心加速度大小為a'==20

m/s2,C錯誤;在P點(diǎn)金屬細(xì)桿受到軌道水平向左的作用力F和水平向右的安培力F安,由牛頓第二定律得F-F安=,解得F=1.5

N,可知每一條軌道對金屬細(xì)桿的作用力大小為

F=0.75

N,由牛頓第三定律可知金屬細(xì)桿運(yùn)動到P點(diǎn)時對每一條軌道的作用力大小為0.75

N,D正確。對點(diǎn)演練2(2023四川內(nèi)江高二期末)如圖所示,平行的金屬導(dǎo)軌M、N放在水平面上,間距為1m,金屬導(dǎo)軌間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1T、方向與導(dǎo)軌平面夾角為α=37°的勻強(qiáng)磁場。金屬棒ab的質(zhì)量為0.02kg,放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.5,導(dǎo)軌與金屬棒始終接觸良好。電源電動勢為1.5V,內(nèi)阻為0.5Ω,定值電阻R為1Ω,其余部分電阻不計(jì),sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2。當(dāng)開關(guān)S閉合后,求:(1)通過金屬棒ab的電流大小;(2)金屬棒ab的加速度大小。答案

(1)1A

(2)5m/s2解析

(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得(2)對金屬棒受力分析可知N=mg+BILcos

α對金屬棒由牛頓第二定律得BILsin

α-μN(yùn)=ma聯(lián)立解得a=5

m/s2。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(導(dǎo)體在磁場中的受力)(2023上海奉賢高二期末)如圖所示,水平桌面上放一條形磁鐵,條形磁鐵正中央上方吊著與其垂直的導(dǎo)線,當(dāng)導(dǎo)線中通入垂直紙面向里的電流時(

)A.懸線上的拉力將不變B.懸線上的拉力將變小C.條形磁鐵對水平桌面的壓力將變大D.條形磁鐵對水平桌面的壓力將變小D解析

根據(jù)條形磁鐵磁場分布特點(diǎn)可知,通電導(dǎo)線處的磁場方向水平向右,由左手定則可知導(dǎo)線受豎直向下的安培力,所以懸線上的拉力變大,A、B錯誤;由牛頓第三定律可知,條形磁鐵受電流對它豎直向上的力,所以條形磁鐵對桌面壓力變小,C錯誤,D正確。123412342.(安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動)(多選)通有電流的導(dǎo)線L1、L2、L3、L4處在同一平面(紙面)內(nèi),放置方式及電流方向如圖甲、乙所示,其中L1、L3是固定的,L2、L4可分別繞垂直紙面的中心軸O、O'轉(zhuǎn)動,則下列描述正確的是(

)A.L2繞軸O順時針轉(zhuǎn)動B.L2繞軸O逆時針轉(zhuǎn)動C.L4繞軸O'順時針轉(zhuǎn)動D.L4繞軸O'逆時針轉(zhuǎn)動BC解析

題圖甲中由右手螺旋定則可知,導(dǎo)線L1上方磁場垂直紙面向外,且離導(dǎo)線L1的距離越近,磁場越強(qiáng),導(dǎo)線L2上每一小部分受到的安培力方向水平向右,但軸O下方導(dǎo)線所受安培力較大,所以L2繞軸O逆時針轉(zhuǎn)動,A錯誤,B正確;題圖乙中軸O'上方導(dǎo)線L4所受安培力向右,軸O'下方導(dǎo)線L4所受安培力向左,即L4繞軸O'順時針轉(zhuǎn)動,C正確,D錯誤。123412343.(安培力作用下的平衡和加速問題)如圖所示,兩間距為L=0.5m的光滑平行導(dǎo)軌與水平面夾角為θ=37°,質(zhì)量為m=0.1kg、長為L=0.5m的金屬桿ab水平放置在導(dǎo)軌上,電源電動勢E=3V,內(nèi)阻r=0.5Ω,金屬桿電阻為R1=1Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。金屬桿與導(dǎo)軌垂直且接觸良好?？臻g存在著豎直向上的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出),當(dāng)電阻箱的電阻調(diào)為R=0.9Ω時,金屬桿恰好能靜止。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。(2)保持其他條件不變,當(dāng)電阻箱的電阻調(diào)為R'=0.5Ω時,閉合開關(guān)S,同時由靜止釋放金屬桿,求此時金屬桿的加速度。1234答案

(1)1.2T(2)1.2m/s2,方向沿斜面向上解析

(1)由安培力公式和平衡條件得mgsin

θ=BILcos

θ由閉合電路歐姆定律得解得B=1.2

T。(2)由牛頓第二定律和閉合電路歐姆定律得BI'Lcos

θ-mgsin

θ=ma解得a=1.2

m/s2方向沿斜面向上。12344.(安培力作用下的平衡和加速問題)(2023江蘇丹陽高級中學(xué)高二期末)如圖所示,間距為1m的平行金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平桌面上,導(dǎo)軌左端連接有電動勢為E=15V、內(nèi)阻r=1Ω的電源。質(zhì)量m=0.5kg的金屬棒垂直放在導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=1T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與金屬棒垂直,方向與導(dǎo)軌平面成θ=53°斜向右上。繞過桌邊光滑定滑輪的一根細(xì)線,一端系在金屬棒的中點(diǎn),另一端吊著一個重物,拉著金屬棒的細(xì)線水平且與金屬棒垂直,金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài)且剛好不向左滑。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度g取10m