《2018-2019版课堂讲义同步系列高中物理人教版选修3-1（四省市）课件：2.4 第2课时安培力的综合应用 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019版课堂讲义同步系列高中物理人教版选修3-1（四省市）课件：2.4 第2课时安培力的综合应用 （27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2课时 安培力的综合应用,安培力作用下导体运动方向的判断,1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析：(1)确定导体所在位置的磁场分布情况。(2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向。(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向。,要点归纳,2.判断安培力作用下导体的运动方向的常用方法(1)电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向。(2)特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向。(3
2、)等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁。条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管。通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析。,(4)利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥； 两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。 (5)转换研究对象法 因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律。定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力。,例1 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图1所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到
3、b的电流，则导线ab受磁场力方向后的运动情况为( )图1A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管,精典示例,解析 先由安培定则判断通电螺线管的N、S极，找出导线左右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图(a)所示。可以判断导线受磁场力后从上向下看按逆时针方向转动，再分析此时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线受磁场力的方向，如图(b)所示，导线还要靠近螺线管，所以D正确，A、B、C错误。,答案 D,针对训练1 两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体
4、上自由移动，设大小不同的电流按如图2所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是( ),A.都绕圆柱体转动 B.彼此相向运动，且具有大小相等的加速度 C.彼此相向运动，电流大的加速度大 D.彼此背向运动，电流大的加速度大 解析 同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线圈间的相互作用力必大小相等，选项B正确。 答案 B,图2,安培力作用下的平衡与加速问题,解决安培力作用下的力学综合问题，做好全面受力分析是前提，其中重要的是不要漏掉安培力，其次要根据题设条件明确运动状态，再根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解。,要点归纳,例2 如图3所示，光滑的平行导轨倾角为，处在磁感应
5、强度为B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，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。图3,精典示例,解析 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,分析通电导体在安培力作用下的平衡和运动问题的关键是将立体图转化为平面图。首先选定观察角度画好平面图，其次是标出电流方向和磁场方向，然后利用左手定则判断安培力的方向。,针对训练2 如图4所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则( )图
6、4A.如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B.如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极C.无论如何台秤的示数都不可能变化D.以上说法都不正确,解析 如果台秤的示数增大，说明导线对磁铁的作用力竖直向下，由牛顿第三定律知，磁铁对导线的作用力竖直向上，根据左手定则可判断，导线所在处磁场方向水平向右，由磁铁周围磁场分布规律可知，磁铁的左端为北极，A正确，B、C、D错误。 答案 A,例3 据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图5所示。炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出
7、。设两导轨之间的距离L0.10 m，导轨长x5.0 m，炮弹质量m0.30 kg。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B2.0 T，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为v2.0103 m/s，求通过导轨的电流I。忽略摩擦力与重力的影响。,安培力的实际应用问题,要点归纳,图5 解析 在导轨上通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为 FBIL 设炮弹的加速度为a，则有Fma 炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而有v22ax 联立代入数据得I6105 A 答案 6105 A,针对训练3 物理老师在课上做了一个“旋转的液体”实验，实验装置
8、如图6所示，装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中，器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连，内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连。接通电源后液体旋转起来，关于这个实验以下说法正确的是( )图6,A.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体逆时针旋转 B.液体中电流由边缘流向中心，从上往下俯视，液体顺时针旋转 C.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体逆时针旋转 D.液体中电流由中心流向边缘，从上往下俯视，液体顺时针旋转 解析 由图可知电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场竖直向上，从上往下俯视，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故选项A
9、正确。 答案 A,1.(安培力作用下导体的运动)如图7所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( )图7A.向左运动 B.向右运动 C.静止不动 D.无法确定,解析 把通电线圈等效成小磁针。由安培定则可知，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动，A正确。 答案 A,2.(安培力作用下的运动)(多选)如图8甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I，
10、周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒( )图8A.一直向右移动 B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化 D.受到的安培力在一个周期内做正功,解析 由FILB可知，安培力随时间的变化关系与电流随时间变化关系相同。所以金属棒先向右匀加速运动，再向右做匀减速运动，然后重复运动，故选项A、B、C均正确；安培力先做正功，后做负功，在一个周期内不做功，故选项D错误。 答案 ABC,3.(安培力的实际应用)如图9所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡。由此可知( )图9,答案 B,4.(安培力和牛顿第二定律的结合)澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。如图10所示，若轨道宽为2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度。(轨道摩擦不计)图10,根据牛顿第二定律Fma得炮弹所受的安培力 Fma2.21035105 N1.1103 N。,答案 55 T,
