人教版（广西专用）高中物理选择性必修第二册第1章安培力与洛伦兹力习题课一安培力作用下导体的平衡和加速课件

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习题课一安培力作用下导体的平衡和加速课堂·要点解读素养·目标定位随 堂 训 练素养·目标定位目 标 素 养1.会判断安培力作用下导体的运动情况。2.能分析通电导体在安培力作用下物体的平衡和加速问题。3.会将立体图转换为平面图进行受力分析。4.掌握应用牛顿第三定律通过转换研究对象分析安培力的方法。课堂•要点解读一 安培力作用下导体运动情况的判断知识讲解五种安培力作用下导体运动情况常用判定方法。典例剖析【例1】 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将(　　)A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.在纸面内平动答案:B解析:环形电流I1、I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得,从左向右看,线圈L1将顺时针转动。规律总结判定通电导体在安培力作用下的运动情况或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况,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的方向。学以致用1.如图所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在条形磁体N极附近,条形磁体的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面,线圈内通入图中所示方向的电流后,线圈(　　)A.向左运动 B.向右运动C.静止不动 D.无法确定答案:A解析:把通电线圈等效成条形磁体。由安培定则可知,线圈等效成条形磁体后,左端是S极,右端是N极,异名磁极相互吸引,线圈向左运动,选项A正确。二 安培力作用下导体的平衡和加速问题知识讲解1.将立体图转化为平面图。安培力作用下的平衡问题,题目给出的一般是立体图,如果把受到的力直接画在导体棒上,则较为抽象,不利于问题的求解,一般把抽象的立体图转换为直观的平面图,常见情境如下。2.将题中的角度、电流方向、磁场方向标在图上,根据左手定则准确判断安培力的方向。3.进行受力分析,注意不要漏掉安培力。同时,当存在静摩擦力时,要注意分析由于电流的大小变化而引起的安培力的变化以及安培力的变化导致静摩擦力大小和方向的变化,此过程往往存在临界问题。4.根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程进行求解。典例剖析【例2】 如图所示,金属杆MN用两根绝缘细线悬于天花板的O、O'点,杆中通有垂直于纸面向里的恒定电流,空间有竖直向上的匀强磁场,杆静止时悬线与竖直方向的夹角为θ。若将磁场在竖直面内沿逆时针方向缓慢转过90°,在转动过程中通过改变磁场磁感应强度大小来保持悬线与竖直方向的夹角不变,则在转动过程中,磁场的磁感应强度大小的变化情况是(　)A.一直减小 B.一直增大C.先减小后增大 D.先增大后减小答案:C解析:磁场在转动的过程中,杆处于平衡状态,杆所受重力的大小和方向不变,悬线的拉力方向不变。由图解法结合左手定则可知,在磁场沿逆时针方向缓慢转动的过程中,安培力先减小后增大。由F=BIl可知,磁场的磁感应强度先减小后增大,故选项C正确。规律总结安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法是相同的,只不过多了安培力,解题的关键仍是受力分析。学以致用2.如图所示,长为l的通电直导体棒放在光滑水平绝缘轨道上,劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定,另一端拴在棒的中点,且与棒垂直,整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,弹簧伸长量为x时,棒处于静止状态,则(　　)A.导体棒中的电流方向从b流向aB.导体棒中的电流大小为C.若只将磁场方向沿顺时针方向缓慢转过一小角度,x变大D.若只将磁场方向沿逆时针方向缓慢转过一小角度,x变大答案:B解析:由受力平衡可知安培力方向水平向右,由左手定则可知,导体棒中的电流方向从a流向b,选项A错误。由于弹簧伸长x,根据胡克定律及平衡条件,有kx=BIl,可得 ,选项B正确。若只将磁场方向沿顺时针或逆时针方向缓慢转过一小角度,则安培力在水平方向上的分力减小,根据力的平衡可得,弹簧弹力变小,导致x变小,选项C、D错误。随 堂 训 练1.一个条形磁体放在水平桌面上,磁体左上方固定一个垂直纸面方向的长直导线,当导线中有电流流过时,磁体对桌面的压力减小但仍保持静止,下列说法正确的是(　　)A.电流方向指向纸面内侧,磁体受到向左的摩擦力B.电流方向指向纸面内侧,磁体受到向右的摩擦力C.电流方向指向纸面外侧,磁体受到向左的摩擦力D.电流方向指向纸面外侧,磁体受到向右的摩擦力答案:B解析:根据题意可知,当导线中有电流流过时,磁体对桌面的压力减小,则导线对磁体的作用力方向为斜向左上方,由于磁体仍保持静止,则磁体受到向右的摩擦力,由牛顿第三定律可知,导线所受安培力的方向斜向右下方,由左手定则可知,电流方向指向纸面内侧,选项B正确。2.(2023·上海嘉定一模)如图所示,一绝缘光滑固定斜面处于匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,通有电流I的金属细杆水平静止在斜面上。若电流变为0.5I,磁感应强度大小变为3B,电流和磁场均反向,则金属细杆将(　　)A.沿斜面加速上滑 B.沿斜面加速下滑C.沿斜面匀速上滑 D.仍静止在斜面上答案:A解析:最初金属细杆受到三个力作用,且合力为零,如图所示由其受力平衡可知,安培力F=BIl=mgsin θ,若电流变为0.5I,磁感应强度大小变为3B,则安培力根据牛顿第二定律F1-mgsin θ=ma,故金属细杆以a=0.5gsin θ的加速度沿着斜面加速上滑,选项A正确。3.(2023·广东广州高二期中)如图所示,在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源,在相距1 m的平行导轨上放一所受重力为3 N的金属棒ab,棒上通以3 A的电流,磁场的大小方向可变。要使金属棒静止,磁感应强度的最小值为(　　)答案:C 解析:金属棒受到重力、支持力和安培力,根据力的矢量三角形,当安培力和支持力垂直时,安培力最小,则有BIl=mgsin 60°,磁感应强度的最小值为4.(2023·辽宁凤城高二期中)如图所示,三根长度均为l的通电导线在空间构成等边三角形,电流的方向垂直纸面向里。电流大小均为I,其中通电导线A、B在导线C位置处产生的磁感应强度的大小均为B0,C的质量为m,重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,C位于水平面上并恰好处于静止状态,则C受到的摩擦力方向和C与水平面间的动摩擦因数分别是(　　)答案:A 解析:通电导线A、B在导线C位置处产生的磁感应强度的大小均为B0,C受力如图所示5.(2023·黑龙江哈尔滨高二期中)如图所示,两根倾斜金属导轨M、N与水平面的夹角θ=37°,两导轨间距为d=0.6 m,金属棒ab的质量为m=0.1 kg,放在导轨上且与导轨垂直。磁场的磁感应强度大小为B=1 T,方向垂直导轨平面向下,电源的电动势为E=5 V,R为滑动变阻器,其他电阻不计,金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5,g取10 m/s2,调节滑动变阻器,使金属棒在导轨上静止。关于滑动变阻器R的阻值的取值范围,下列说法正确的是(　　)A.3 Ω≤R≤7.5 Ω B.3 Ω≤R≤15 ΩC.7.5 Ω≤R≤15 Ω D.5 Ω≤R≤7.5 Ω答案:B 解析:由左手定则可知,金属棒受安培力沿斜面向上,当R阻值较小时,电路中电流较大,金属棒受的安培力较大,此时金属棒有向上运动的趋势,摩擦力沿斜面向下,则由平衡知识可知当R阻值较大时,电路中电流较小,金属棒受的安培力较小,此时金属棒有向下运动的趋势,摩擦力沿斜面向上,则由平衡知识可知解得Rmin=3 Ω; 解得Rmax=15 Ω,则使金属棒在导轨上静止,滑动变阻器R的阻值的取值范围为3 Ω≤R≤15 Ω,选项B正确。6.如图所示,空间中存在竖直向上的匀强磁场。一质量为m=0.2 kg、长为l=1 m的导体棒水平静止在倾角为α=37°的光滑斜面上,导体棒内通有方向垂直纸面向里、大小为I=3 A的恒定电流。sin α=0.6,g取10 m/s2。(1)求匀强磁场的磁感应强度大小。(2)求导体棒对斜面的压力大小。答案:(1)0.5 T　(2)2.5 N解析:(1)磁场方向竖直向上,导体棒受力情况如图所示由平衡条件得,在水平方向上BIl=FNsin α,在竖直方向上mg=FNcos α,解得B=0.5 T,FN=2.5 N。(2)根据牛顿第三定律,导体棒对斜面的压力大小为FN'=FN=2.5 N。