人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力1 磁场对通电导线的作用力评课课件ppt

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1．磁场对通电导线的作用力
第2课时　安培力作用下导体的运动问题
安培力作用下导体运动方向的判断
要|点|提|炼1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路(1)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，因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况。(2)结合左手定则准确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。
2．判断导体在磁场中运动情况的几种常用方法
典|例|剖|析 (2022·河南夏邑高二月考)如图所示，把一可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是(从下往上看)(　 　)A．顺时针方向转动，悬线张力减小B．顺时针方向转动，悬线张力增大C．逆时针方向转动，悬线张力减小D．逆时针方向转动，悬线张力增大
解析：在导线两侧取两小段，左边一小段，根据左手定则，可知其所受的安培力方向垂直纸面向里，右侧一小段，根据左手定则，可知其所受安培力的方向垂直纸面向外，所以从下往上看时，可知导线逆时针转动；当导线转动90°，电流方向垂直纸面向里时，这时导线处于向右的磁场中，根据左手定则可知，其所受的安培力方向向下，故可知悬线张力增大，综上所述，导线的运动情况为，逆时针转动，悬线张力增大，A、C、B错误，D正确。
(多选)如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图所示，在加上电流后的一小段时间内，台秤读数为F2，则以下说法正确的是( 　 　)A．F1>F2 B．F1解析：磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中心偏左位置，所以此处的磁感线是斜向右上的，电流的方向垂直纸面向里，根据左手定则，导线受磁铁给的安培力方向是斜向右下，长直导线是固定不动的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是斜向左上的；将这个力在水平和竖直方向分解，因此光滑平板对磁铁支持力减小，由于在水平向左产生分力，所以弹簧压缩，弹簧长度将变短，故A、D正确，B、C错误。
如图所示，A为一个水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一根通电直导线，电流方向如图所示。当圆盘高速绕中心轴OO′顺时针(从上往下看)转动时，通电直导线所受安培力的方向是(　 　)A．竖直向上B．竖直向下C．垂直纸面向里D．垂直纸面向外
解析：电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，因为圆盘带负电，转动时，形成逆时针方向(从上往下看)的电流，根据安培定则可知，在圆盘正上方形成的磁场的有效分量方向竖直向上，根据左手定则可得直导线所受安培力的方向垂直纸面向里。故选C。
安培力作用下物体的平衡问题
要|点|提|炼1.解决安培力作用下的平衡与解一般物体平衡方法类似，只是多画出一个安培力。一般解题步骤为：(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)正确受力分析，然后根据平衡条件：F合＝0列方程求解。
2．分析求解安培力时需要注意的问题(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)安培力大小与导体放置的角度有关，但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况，其中L为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度。
典|例|剖|析 如图所示，通电直导线ab质量为m，水平地放置在倾角为θ的光滑导轨上，导轨宽度为L，通以图示方向的电流，电流大小为I，要求导线ab静止在斜面上。(1)若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？(2)若要求磁感应强度最小，则磁感应强度的大小和方向如何？
解析：(1)若磁场方向竖直向上，从a向b观察，导线受力情况如右图所示。
(2)若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与通电导线垂直，另一方面应调整磁场方向使与重力、支持力合力相平衡的安培力最小。如右图，由力的矢量三角形法则讨论可知，当安培力方向与支持力垂直时，安培力最小，对应的磁感应强度最小，设其值为Bmin，则 B minIL＝mgsin θ，
如右图所示，水平导轨间距为L＝0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成α＝53°角；ab与导轨间动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力沿水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6。求：(1)通过ab的电流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小。(3)重物重力G的取值范围。
答案：(1)2 A　方向为由a到b　(2)5 N(3)0.5 N≤G≤7.5 N
(2)ab受到的安培力F＝ILB＝2×0.5×5 N＝5 N。(3)对ab受力分析，如图所示，最大静摩擦力：fmax＝μ(mg－Fcs 53°)＝3.5 N由平衡条件得，当最大静摩擦力方向向左时：FT1＝Fsin 53°＋fmax＝7.5 N当最大静摩擦力方向向右时：FT2＝Fsin 53°－fmax＝0.5 N由于重物受力平衡，即G＝FT则重物重力G的取值范围为0.5 N≤G≤7.5 N。
1．(2023·河北省新乐市高二月考)载流导体L1、L2处在同一平面内，L1是固定的，L2可绕垂直于纸面的固定转轴O转动，O为L2的中点，若各自的电流方向如图所示。将会发生下列哪种情况(　 　)A．L2绕轴O按逆时针方向转动B．因L2受的安培力处处相等，故L2不动C．L2绕轴O按顺时针方向转动D．因不受安培力，L2不动解析：由安培定则知，L1右边磁场垂直纸面向外，且离L1的距离越近，磁场越强，L2上每一小部分受到的安培力方向竖直向下，但轴O左侧安培力较大，所以L2绕轴O按逆时针方向转动，A正确。
2．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，则过c点的导线所受安培力的方向(　 　)A．与ab边平行，向上B．与ab边平行，向下C．与ab边垂直，向左D．与ab边垂直，向右
解析：方法一：根据题意，由安培定则可得a、b处的通电导线在c处的合磁场方向平行ab向下，再由左手定则可得c处导线所受安培力的方向与ab边垂直，向左，C正确。方法二：由“同向电流相吸”规律快速判断出c处导线受到的安培力方向与ab边垂直，向左。
3. (多选)把轻质的导线圈用绝缘细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心且与线圈在同一平面内，如图所示。当线圈通以图示电流时，线圈将(　 　)A．发生转动同时远离磁铁B．发生转动同时靠近磁铁C．静止不动D．从上往下看顺时针转动解析：由安培定则可知，线圈向外的一面为S极，因为异名磁极相互吸引，因此从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时靠近磁铁，故B、D选项正确。
4．(2022·上海市复兴高级中学高二期末)如图，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ。则磁感应强度方向和大小可能为(　 　)