2019_2020學(xué)年高中物理第三章磁場習(xí)題課安培力的應(yīng)用課件新人教版.pptx

1、習(xí)題課:安培力的應(yīng)用,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力作用下導(dǎo)體運動方向的判斷 如圖所示,在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極,沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極,將兩電極接在電池的兩極上,然后在玻璃皿中放入鹽水,把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場中,N極在下,S極在上,通電后鹽水就會旋轉(zhuǎn)起來。通電后的鹽水為什么會旋轉(zhuǎn)起來呢?這個現(xiàn)象對你有什么啟發(fā)?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,要點提示:鹽水受到磁鐵的磁場力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動。鹽水中有指向圓心的電流,根據(jù)左手定則,半徑方向上的電流將受到安培力使得鹽水逆時針轉(zhuǎn)動?？梢愿鶕?jù)這個特點設(shè)計出無轉(zhuǎn)子的洗衣

2、機(jī),衣服越臟,導(dǎo)電能力越強(qiáng),電流越大,就受到更大的安培力,轉(zhuǎn)速就更快。洗滌效果就更強(qiáng)。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力作用下導(dǎo)體運動方向的判斷方法 不管是電流還是磁體,對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的,因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況,然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動。在實際操作過程中,往往采用以下幾種方法:,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,(1)判斷通電線圈等在磁場中的轉(zhuǎn)動情況,要尋找具有對稱關(guān)系的電流元。(2)利用特殊位置

3、法要注意利用通電導(dǎo)體所在位置的磁場特殊點的方向。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,【例題1】一個可以自由運動的線圈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,當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時,從左向右看,則線圈L1將() A.不動 B.順時針轉(zhuǎn)動 C.逆時針轉(zhuǎn)動 D.向紙面內(nèi)平動 【思考問題】 1.如何確定L2產(chǎn)生磁場的方向? 答案:用安培定則。 2.如何確定L1受力方向? 答案:左手定則。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,解析:解法一:利用結(jié)論法。環(huán)形電流L1、L2之間不平行,則必有相對轉(zhuǎn)動,直到兩環(huán)形電流同向平

4、行為止,據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是:從左向右看線圈L1順時針轉(zhuǎn)動。 解法二:等效分析法。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,通電后,小磁針的N極應(yīng)指向該點環(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豎直向上,而L1等效成小磁針后轉(zhuǎn)動前,N極應(yīng)指向紙里,因此應(yīng)由向紙里轉(zhuǎn)為向上,所以從左向右看,線圈L1順時針轉(zhuǎn)動。 解法三:直線電流元法。把線圈L1沿轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分,每一部分又可以看成無數(shù)直線電流元,電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中,據(jù)安培定則可知各電流元所在處磁場方向向上,據(jù)左手定則可得,上部電流元所受安培力均指向紙外,下部電流元所受安培力均指向紙里,因此

5、從左向右看線圈L1順時針轉(zhuǎn)動。故正確選項為B。 答案:B,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,采用等效法時常出現(xiàn)的錯誤 借助磁極的相互作用來判斷。由于長直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場在矩形線圈所在處的磁感線方向為垂直紙面向里,它等效于條形磁鐵的N極正對矩形線圈向里。因為通電線圈相當(dāng)于環(huán)形電流,其磁極由右手螺旋定則判定為S極向外,它將受到等效N極的吸引,于是通電矩形線圈將垂直紙面向外加速。 錯誤的根源就在于將直線電流的磁場與條形磁鐵的磁極磁場等效看待。我們知道直線電流磁場的磁感線是一簇以直導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓,它并不存在N極和S極,可稱為無極場,不能與條形磁鐵的有極場等效。

6、,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練 通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi),L1是固定的,L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心),各自的電流方向如圖所示。下列哪種情況將會發(fā)生() A.因L2不受安培力的作用,故L2不動 B.因L2上、下兩部分所受的安培力平衡,故L2不動 C.L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動 D.L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動 解析:由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1上方的磁場方向為垂直紙面向外,且離導(dǎo)線L1的距離越遠(yuǎn)的地方,磁場越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向均水平向右,由于O點的下方磁場較強(qiáng),則安培力較大,因此L2繞軸O

7、按逆時針方向轉(zhuǎn)動,D選項正確。 答案:D,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力作用下導(dǎo)體的平衡 如圖所示,用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在蹄形磁鐵的兩極間,當(dāng)棒兩端連接電源后,棒的位置如圖中虛線所示,兩懸線偏離豎直方向角而處于平衡狀態(tài),此時棒中的電流為I,棒所在處的磁場寬度近似認(rèn)為勻強(qiáng)磁場,寬度近似等于磁鐵的寬度L,磁場的方向豎直向下,導(dǎo)線所在處的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約為多大?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,1.求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的基本思路,探究

8、一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,2.分析求解安培力時需要注意的問題 (1)首先畫出通電導(dǎo)體所在處的磁感線的方向,再根據(jù)左手定則判斷安培力方向。 (2)安培力大小與導(dǎo)體放置的角度有關(guān),但一般情況下只要求導(dǎo)體與磁場垂直的情況,其中L為導(dǎo)體垂直于磁場方向的長度,為有效長度。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,【例題2】如圖所示,用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m、長為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處,置于勻強(qiáng)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角而處于平衡狀態(tài)。為了使棒平衡在該位置上,所需的磁場的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向為(),探

9、究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,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(qiáng)度最小,應(yīng)使棒平衡時所受的安培力有最小值。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=mgsin ,即IlBmin=mgsin ,得 ,方向應(yīng)平行于懸線向上。故選D。 答案:D,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的求解關(guān)鍵可以簡單概括為兩點: (1)電磁問題力學(xué)化,即把電磁問題通過分析受力,把它歸結(jié)為力學(xué)問題。 (2)立體圖形平面化,想很好地分析物體受力

10、的平衡或者運動問題,把立體圖形轉(zhuǎn)化為側(cè)視圖平面化是解決問題的關(guān)鍵。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力與牛頓運動定律的結(jié)合 美國海軍2014年展示的電磁軌道炮原型炮如圖所示,它發(fā)射的炮彈的速度可以達(dá)到2 500 m/s以上,射程可以達(dá)到90185 km。電磁軌道炮的原理如下圖所示,它由兩條平行的導(dǎo)軌組成,彈丸夾在兩條導(dǎo)軌之間。兩軌接入電源,電流經(jīng)一導(dǎo)軌流向彈丸再流向另一導(dǎo)軌產(chǎn)生強(qiáng)磁場,磁場與電流相互作用,產(chǎn)生強(qiáng)大的安培力推動彈丸,從而使彈丸具有很大的加速度,短時間內(nèi)達(dá)到很高的速度。請思考有哪些因素會影響彈丸的加速度?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探

11、究,名師精講,典例剖析,要點提示:根據(jù)牛頓定律,彈丸的加速度取決于彈丸的質(zhì)量和所受到的安培力,而安培力又取決于磁場和電流。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,1.在安培力作用下物體的加速運動,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:(1)閉合電路歐姆定律,(2)安培力求解公式F=BILsin ,(3)牛頓第二定律。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,

12、典例剖析,【例題3】如圖所示,光滑的平行導(dǎo)軌傾角為,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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,求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大小。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,探究三,當(dāng)堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,1. 一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方,如圖所示,如果直導(dǎo)線可以自由地運動且通以方向為由a到b的電流,則導(dǎo)線ab受磁場力方向后的運動情況為() A.從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管 B.從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并遠(yuǎn)離螺線管 C.從上向下

13、看逆時針轉(zhuǎn)動并遠(yuǎn)離螺線管 D.從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管,探究三,當(dāng)堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,解析:先由安培定則判斷通電螺線管的南北兩極,找出導(dǎo)線左右兩端磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,并用左手定則判斷這兩端受到的安培力的方向,如圖(a)所示?？梢耘袛鄬?dǎo)線受磁場力后從上向下看按逆時針方向轉(zhuǎn)動,再分析此時導(dǎo)線位置的磁場方向,再次用左手定則判斷導(dǎo)線受磁場力的方向,如圖(b)所示,導(dǎo)線還要靠近螺線管,所以D正確,A、B、C錯誤。,答案:D,探究三,當(dāng)堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,2. 在兩個傾角均為的光滑斜面上,放有兩個相同的金屬棒,分別通有電流I1和I2,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,方向如圖所示,兩金屬棒均處于平衡狀態(tài)。則兩種情況下的電流之比I1I2為(),答案:D,探究三,當(dāng)堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,3. 如圖所示,在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互