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1、习题课五 安培力的综合应用,课堂探究,达标测评,课堂探究 核心导学要点探究,一、判定安培力作用下导体的运动方向或运动趋势 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势.,【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,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流,则关于导线ab受磁场力后的运动情况,下列说法正确的是( ) A.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
2、动并靠近螺线管,D,解析:法一 电流元法 由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向,导线 等效为Oa,Ob两电流元,由左手定则可判定两电流元所 受磁场力的方向,如图所示,所以从上向下看导线逆时 针转动,当转过90时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下,即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管,选项D正确. 法二 结论法 结论1:两电流相互平行时无转动趋势,电流方向相同时相互吸引,电流方向相反时相互排斥. 结论2:两电流不平行时,将发生转动,有转到两电流相互平行且方向相同的趋势. 通电螺线管上部离导线近,所以只考虑这部分电流与导线的作用,此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线,由结论2可知导线ab受
3、磁场力后(从上向下看)逆时针转动并靠近螺线管,选项D正确.,方法总结 电流在非匀强磁场中受力运动的判断:不管是电流还是磁体,对通电导线的作用都是通过磁场来实现的,因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况.,【拓展提升1】 (2017菏泽高二检测)如图所示,两条导线相互垂直,但相隔一段距离.其中AB固定,CD能自由活动,当直线电流按图示方向通入两条导线时,导线CD将(从纸外向纸里看)( ) A.顺时针方向转动同时靠近导线AB B.逆时针方向转动同时离开导线AB C.顺时针方向转动同时离开导线AB D.逆时针方向转动同时靠近导线AB,D,解析:根据电流元分析法,把电流CD等效成CO,OD两段电流.
4、由安培定则画出CO,OD所在位置的AB电流的磁场,由左手定则可判断CO,OD受力如图所示,可见导线CD逆时针转动且靠近导线AB.,二、安培力作用下的平衡问题 1.一般解题步骤 (1)明确研究对象. (2)先把立体图改画成平面图,并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上. (3)根据平衡条件F合=0列方程求解. 2.分析求解安培力时注意的问题 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向. (2)安培力的大小与导线放置的角度有关,但一般情况下只要求导线与磁场垂直的情况,其中L为导线垂直于磁场方向的长度为有效长度.,【例2】如图所示,质量m=0.1 kg的导体棒
5、静止于倾角为30的斜面上,导体棒长度L=0.5 m.通入垂直纸面向里的电流,电流大小I=2 A,整个装置处于磁感应强度B=0.5 T,方向竖直向上的匀强磁场中.求:(取g=10 m/s2) (1)导体棒所受安培力的大小和方向; (2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向.,解析:(1)安培力F安=ILB=20.50.5 N=0.5 N, 由左手定则可知安培力的方向水平向右. (2)建立如图所示的坐标系,分解重力和安培力.设导体棒 受的静摩擦力大小为f,方向沿斜面向下.在x轴方向上有 mgsin +f=F安cos ,解得f=-0.067 N. 负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反,即沿斜面向上.,答
6、案:(1)0.5 N 水平向右 (2)0.067 N 沿斜面向上,方法总结 对于通电导线在磁场中的平衡问题,与解一般物体平衡方法类似,只是多出一个安培力,准确应用左手定则,判断安培力的方向,作出完整准确的受力分析图是解此类题目的关键.,【拓展提升2】 (多选)如图所示,在倾角为的光滑斜面上,放置一根长为L,质量为m,通过电流为I的导线,若使导线静止,应该在斜面上施加匀强磁场B的大小和方向为( ),AC,三、安培力作用下导体的运动问题 解决安培力作用下的力学综合问题,首先做好全面受力分析是前提,无非就是多了一个安培力,其次要根据题设条件明确运动状态,再恰当选取物理规律列方程求解.,【例3】如图所
7、示,在同一水平面的两导轨相互平行,并处 在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为0.2 T,一根质量 为0.6 kg,有效长度为2 m的金属棒ab放在导轨上,当金属 棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流突然增大为8 A时,求金属棒能获得的加速度的大小.,解析:设金属棒受到的滑动摩擦力为f. 当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动,有I1lB=f, 当金属棒中的电流为8 A时,金属棒能获得的加速度为a,则I2lB-f=ma, 联立解得a= =2 m/s2.,答案:2 m/s2,【拓展提升3】(2017烟台高二周练)澳大利亚国立大学制 成了能把2.2 g的弹体(包括金
8、属杆EF的质量)从静止加速到 10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s).如图所示, 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的大小.(轨道摩擦不计),答案:55 T,达标测评 随堂演练检测效果,1.(2017汕头高二质检)如图所示,两个圆形线圈P和Q,悬挂在光滑绝缘杆上,通以方向相同的电流,若I1I2,P,Q受到安培力大小分别为F1和F2,则P和Q( ) A.相互吸引,F1F2 B.相互排斥,F1F2 C.相互排斥,F1=F2 D.相互吸引,F1=F2,D,解析:由于P,Q通以同向电流,据“同向电流相吸,异向电流相斥”可知, P
9、,Q是相互吸引的,P,Q之间的相互吸引力遵循牛顿第三定律,总是等大、反向.选项D正确.,2.通有电流的导线L1,L2处在同一平面(纸面)内,L1是固定的,L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心),各自的电流方向如图所示.下列哪种情况将会发生( ) A.因L2不受磁场力的作用,故L2不动 B.因L2上、下两部分所受的磁场力平衡,故L2不动 C.L2绕轴O按顺时针方向转动 D.L2绕轴O按逆时针方向转动,D,解析:由安培定则可知导线L1上方的磁场方向为垂直纸面向外,且离导线L1的距离越远的地方,磁场越弱,导线L2上的每一小部分受到的安培力方向都水平向右,由于O点的下方磁场较强,安培力较大
10、,因此L2绕轴O按逆时针方向转动,选项D正确.,3.(2017沧州高二检测)如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件,角的相应变化情况是( ) A.棒中的电流变大,角变大 B.两悬线等长变短,角变小 C.金属棒质量变大,角变大 D.磁感应强度变大,角变小,A,解析:选金属棒MN为研究对象,其受力情况如图所示.根据平衡条件及三角形知识可得tan = ,所以当棒中的电流I或磁感应强度B变大时,角变大,选项A正确,D错误;当金属棒质量m变大时,角变小,选项C错误;角的大小与悬线长无关,
11、选项B错误.,4.水平放置的光滑金属导轨宽L=0.2 m,接有电源电动势E=3 V,电源内阻及导轨电阻不计.匀强磁场竖直向下穿过导轨,磁感应强度B=1 T.导体棒ab的电阻R=6 ,质量m=10 g,垂直放在导轨上并接触良好,求合上开关的瞬间. (1)导体棒受到安培力的大小和方向; (2)导体棒的加速度.,解析:(1)闭合开关的瞬间,回路中的电流I= A=0.5 A,ab棒所受安培力F安=ILB=0.1 N,由左手定则知方向水平向右. (2)由牛顿第二定律知a= =10 m/s2,方向水平向右.,答案:(1)0.1 N 水平向右 (2)10 m/s2,方向水平向右,5.如图所示,在倾角为=30
12、的斜面上,固定一宽L=0.25 m 的平行金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源 电动势E=12 V,内阻r=1 ,一质量m=20 g的金属棒ab与两导 轨垂直并接触良好.整个装置处于磁感应强度B=0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计).金属导轨是光滑的,取g=10 m/s2,要保持金属棒在导轨上静止,求: (1)金属棒所受到的安培力的大小;,解析:(1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡,如图所示 F安=mgsin 30, 代入数据得F安=0.1 N.,答案:(1)0.1 N,解析:(2)由F安=ILB,得I= =0.5 A. (3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R0,根据闭合电路欧姆定律得 E=I(R0+r),解得R0= -r=23 .,答案:(2)0.5 A (3)23 ,(2)通过金属棒的电流的大小; (3)滑动变阻器R接入电路中的阻值.,谢谢观赏！,
