还剩49页未读，
继续阅读
高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册1 安培力课堂教学课件ppt
展开
这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册1 安培力课堂教学课件ppt，共57页。PPT课件主要包含了通电导线，左手定则，电流方向，大拇指等内容，欢迎下载使用。
1．知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方向。2．掌握安培力的计算公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算。3．在实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系，学会合作，培养学生的空间思维能力。
必备知识·自主预习储备
知识点一 安培力的方向1．认识安培力定义：磁场对________的作用力。2．安培力的方向(1)方向：用________判断。判断方法：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指____，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过____，四指指向________，则______所指方向就是通电导线所受安培力的方向。
(2)安培力方向的特点安培力的方向与____方向，磁感应强度的方向都垂直，即垂直于磁场方向与电流方向所在的____。
提醒 安培力既垂直于磁场，又垂直于电流，但电流与磁场不一定垂直。
知识点二 安培力的大小1．当B与I成θ角时：F＝ILB sin θ。2．当B⊥I时：F＝ILB。3．当B∥I时：F＝0。
提醒 当通电导线中的电流方向与磁场方向既不平行也不垂直时，将磁场方向分解成沿电流方向与垂直于电流方向。
[预习体验]1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。( )(2)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。( )(3)通电的导线在磁场中一定受安培力。( )(4)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大。( )(5)一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是0.2 N。( )
2．如图所示是一根通电直导线在匀强磁场中的四种放置情况，其中通电直导线不受安培力作用的是( )
C [由题图A可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故A错误；由题图B可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故B错误；由题图C可知电流的方向与磁场的方向平行，所以通电直导线不受安培力作用，故C正确；由题图D可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故D错误。故选C。]
关键能力·情境探究达成
1．如右图，改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变？2．上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化？
提示：1．改变 2．变化
考点1 安培力的方向1．安培力F、磁感应强度B、电流I的关系(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
3．两平行通电直导线的相互作用规律：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。
【典例1】 下列各图中，金属导体棒ab所受安培力F方向正确的是( )
A [根据左手定则，导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒斜向上，A正确；ab棒放置和磁场方向平行，不受安培力，B错误；ab棒所受安培力方向垂直于导体棒向下，C错误；ab棒所受安培力方向垂直于导体棒向左，D错误。]
规律方法 判断安培力方向常见的两类问题
[跟进训练]1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，则此导线( )A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力
A [赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。]
考点2 安培力的大小1．F＝BIL sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受的安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图所示。
2．同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。3．在非匀强磁场中，只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算。4．当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
思路点拨：(1)通电导线所受的安培力等于各段所受安培力的合力。(2)匀强磁场中弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点间的线段的长度。
规律方法 应用安培力公式F＝BIL sin θ解题的技巧应用公式F＝BIL sin θ求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将B sin θ理解为有效磁感应强度或将L sin θ理解为有效长度，θ为磁场方向与直导线之间的夹角。
考点3 安培力作用下导体的平衡与加速1．求解安培力作用下导体平衡问题的基本思路(1)选定研究对象——通电导线或通电导体棒；(2)变三维为二维，作出如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解。
2．安培力作用下导体的分析技巧(1)安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析示意图。(2)安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度。
【典例3】 质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，求为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？(g取10 m/s2)
思路点拨：(1)首先将立体图转换成平面图，对杆受力分析。(2)杆所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。(3)杆静止不动的临界条件是摩擦力刚好达到最大静摩擦力。
[解析] 如图甲、乙所示是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图。根据甲图列式如下：F1－mg sin θ－f1＝0FN－mg cs θ＝0 f1＝μFN，F1＝BImaxd解上述方程得Imax＝0.46 A根据乙图列式如下：F2＋f2－mg sin θ＝0FN－mg cs θ＝0 f2＝μFN，F2＝BImind解上述方程得Imin＝0.14 A因此电流范围是0.14～0.46 A。
[答案] 0.14～0.46 A
甲 乙
[跟进训练]3．如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B＝3 T的匀强磁场中，水平放置两根平行金属导轨，两轨间距为l＝50 cm，左端接有电动势E＝2 V、内阻r＝0.5 Ω的电源，现将一质量m＝1 kg、接入电路的电阻R0＝1.5 Ω的金属棒ab放置在导轨上，金属棒与平行金属导轨间的动摩擦因数为μ＝0.1，其余电阻不计，开关闭合的瞬间，g取10 m/s2，求：(1)金属棒ab的电功率；(2)金属棒ab的加速度。
[答案] (1)1.5 W (2) 0.5 m/s2 方向水平向右
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x轴正方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿y轴正方向，则( )A．该通电导线一定不会沿平行于Ox方向放置B．该通电导线一定平行于Oz方向放置C．无论通电导线怎样放置，它总受到沿y轴正方向的安培力D．沿Oz方向观察一定有沿Oz方向的电流
AD [安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，电流方向与磁场方向可以不垂直。]
2．在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水。如果把玻璃皿放在磁场中，如图所示，通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看( )A．液体将顺时针旋转B．让蹄形磁铁翻转90°，使磁场方向水平，液体的旋转效果不变C．若仅调换N、S极位置，液体旋转方向不变D．若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变
A [在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由中心流向边缘，器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿顺时针方向，因此液体沿顺时针方向旋转，故A正确；让蹄形磁铁翻转90°，使磁场方向水平，根据左手定则，液体受到竖直方向的安培力，液体没有旋转效果，故B错误；仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正负极位置，根据左手定则，安培力方向改变，故C、D均错误。故选A。]
3．如图所示，在边长为L的等边三角形线框ABC由三根相同的导体连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，设导体AC受到的安培力大小为F1，导体ABC受到的安培力大小为F2，则F1∶F2为( ) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
C [由已知条件可知ABC边的有效长度与AC边相同，等效后的电流方向也与AC边相同，ABC边的电阻等于AC边电阻的两倍，两者为并联关系，设AC边中的电流大小为2I，则ABC边中的电流为I，设AC边的长为L，由题意知F1＝2BIL，所以ABC边所受安培力为F2＝BIL，方向与AC边所受安培力的方向相同，故有F1∶F2＝2∶1，故C正确，A、B、D错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)F＝ILB sin θ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场。在非匀强磁场中该公式是否适用？
提示：公式仅适用于很短的通电导线。
(2)求解安培力作用下导体的平衡和加速关键是什么？
提示：电磁问题力学化，立体图形平面化。
课时分层作业(一) 安培力
题组一 安培力的方向1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是( )A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直
D [根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，故D正确。]
2．在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( )
C [根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，四指指向电流方向。A选项安培力方向向下，故A错误；B选项通电导线与磁场平行，不受安培力，故B错误；C选项安培力方向向下，故C正确；D选项安培力方向垂直于纸面向外，故D错误。]
3．如图所示，光滑水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通以相等电流强度的恒定电流。通有顺时针方向电流的矩形线框位于两条导线的正中央，在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，则a、b导线中的电流方向( )A．均向上 B．均向下C．a向上，b向下 D．a向下，b向上
C [由于线框在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，线框的左边的作用力方向向左，由左手定则可知，线框左边所处磁场的方向垂直于纸面向里，则a导线电流向上，线框的右边的作用力方向向右，由左手定则可知，线框右边所处磁场的方向垂直纸面向里，则b导线电流向下，即a向上，b向下，故C正确。]
4．如图所示，长直导线与矩形线框同处于光滑水平面上，长直导线固定，线框可以在桌面上自由滑动，当通以图中所示电流时，矩形线框的运动情况是( ) A．靠近通电直导线 B．远离通电直导线C．保持静止不动 D．顺时针转动
A [根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，可知线框左侧的电流受到的安培力向左，右侧的安培力向右，由于左侧靠近电流I1，则I1对线框左侧的安培力大于对右侧的安培力，线框所受的安培力合力方向向左，则线框将靠近通电直导线，故A正确。]
题组二 安培力的大小5．在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定，固定点的距离为2L，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为( )A．BIL B．2BIL C．πBIL D．2πBIL
7．两根轻质丝线悬挂一根水平金属棒ab，金属棒处于垂直纸面的匀强磁场中。当金属棒中通有方向由a到b的电流时，每根丝线受到的拉力大小均为0.1 N。当电流大小不变，方向由b到a时，每根丝线受到的拉力大小均为0.05 N，问：(1)匀强磁场的磁感应强度的方向；(2)导线受到的安培力大小；(3)又经测量，导线长度为20 cm，电流大小为2 A，求磁感应强度的大小。
[解析] (1)电流反向后丝线拉力变小，说明反向之前导体棒受到的安培力竖直向下，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。(2)当电流由a到b，有mg＋F＝2T1当电流b到a时可得mg＝2T2＋F则F＝0.05 N。(3)由安培力公式F＝BIl代入数据解得B＝0.125 T。
[答案] (1)垂直纸面向外 (2)0.05 N (3)0.125 T
题组三 安培力作用下导体的平衡和加速8．质量为0.5 kg的金属杆在相距1 m 的水平轨道上与轨道垂直放置，金属杆上通以I＝4 A的恒定电流，方向如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面竖直向上，金属杆与轨道间的动摩擦因数为0.2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2。金属杆恰好不发生移动，则匀强磁场的磁感应强度B的大小为( )A．2.0 T B．1.0 T C．0.50 T D．0.25 T
D [由左手定则判断安培力方向向左，根据平衡条件可得BIL＝μmg，解得B＝0.25 T，故D正确，A、B、C错误。]
9．如图所示，在一光滑绝缘斜面上放一导体棒，斜面的倾角为θ，导体棒中通以电流I，电流方向垂直纸面向里。以下列两种方式在空间中加上匀强磁场可使导体棒静止在斜面上：(1)磁场方向垂直于斜面向上，磁感应强度大小为B1；(2)磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为B2。则( )A．两种情况下，导体棒所受的安培力大小相等B．两种情况下，斜面对导体棒的支持力大小相等C．B1＝B2D．B1＝B2cs θ
D [第一种情况下，导体棒所受安培力沿斜面向上，因导体棒恰好受力平衡，对导体棒受力分析，有向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和沿着斜面向上的安培力，所以有mg sin θ＝B1IL。第二种情况下，导体棒所受安培力水平向右，且导体棒受力平衡，对导体棒受力分析，有向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和水平向右的安培力，则有mg tan θ＝B2IL，两种情况下导体棒所受安培力大小不相等，斜面对导体棒的支持力也不相等，故A、B错误；由A、B选项中两方程可得，两种情况下磁感应强度大小的关系为B1＝B2cs θ，故C错误，D正确。]
10．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )
A B C D
A [天平原本处于平衡状态，所以线圈所受安培力越大，天平越容易失去平衡，由于线圈平面与磁场强度垂直，且线圈不全在磁场区域内，所以线圈与磁场区域的交点的长度等于线圈在磁场中的有效长度，磁场强度B和电流大小I相等，由题图可知，A图的有效长度最长，所以A图中线圈所受的安培力最大，则A图天平最容易失去平衡，A正确，B、C、D错误。]
11．如图所示，有一上端固定的螺旋状导体弹簧，下端刚好与水银槽中的水银面接触。水银、弹簧和电源构成如图所示的导体回路，闭合开关K后，弹簧的长度会( ) A．比原长更长 B．比原长更短C．周期性变化 D．保持原长不变
C [闭合开关后，可看到弹簧的下端离开水银面后又回到水银中，并不断重复这种过程。当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，之后重复上述过程。故弹簧的长度会出现周期性变化，故C正确。]
12．如图(a)，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是( )A．当导线静止在图(a)右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tan θ与电流I成正比D．sin θ与电流I成正比
13．如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡。然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2×10-2 kg的砝码，才能使天平重新平衡。(1)求磁场对bc边作用力的大小；(2)若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度。(g取10 m/s2)
1．知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方向。2．掌握安培力的计算公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算。3．在实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系，学会合作，培养学生的空间思维能力。
必备知识·自主预习储备
知识点一 安培力的方向1．认识安培力定义：磁场对________的作用力。2．安培力的方向(1)方向：用________判断。判断方法：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指____，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过____，四指指向________，则______所指方向就是通电导线所受安培力的方向。
(2)安培力方向的特点安培力的方向与____方向，磁感应强度的方向都垂直，即垂直于磁场方向与电流方向所在的____。
提醒 安培力既垂直于磁场，又垂直于电流，但电流与磁场不一定垂直。
知识点二 安培力的大小1．当B与I成θ角时：F＝ILB sin θ。2．当B⊥I时：F＝ILB。3．当B∥I时：F＝0。
提醒 当通电导线中的电流方向与磁场方向既不平行也不垂直时，将磁场方向分解成沿电流方向与垂直于电流方向。
[预习体验]1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。( )(2)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。( )(3)通电的导线在磁场中一定受安培力。( )(4)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大。( )(5)一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是0.2 N。( )
2．如图所示是一根通电直导线在匀强磁场中的四种放置情况，其中通电直导线不受安培力作用的是( )
C [由题图A可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故A错误；由题图B可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故B错误；由题图C可知电流的方向与磁场的方向平行，所以通电直导线不受安培力作用，故C正确；由题图D可知电流的方向与磁场的方向垂直，所以通电直导线受安培力作用，故D错误。故选C。]
关键能力·情境探究达成
1．如右图，改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变？2．上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化？
提示：1．改变 2．变化
考点1 安培力的方向1．安培力F、磁感应强度B、电流I的关系(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
3．两平行通电直导线的相互作用规律：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。
【典例1】 下列各图中，金属导体棒ab所受安培力F方向正确的是( )
A [根据左手定则，导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒斜向上，A正确；ab棒放置和磁场方向平行，不受安培力，B错误；ab棒所受安培力方向垂直于导体棒向下，C错误；ab棒所受安培力方向垂直于导体棒向左，D错误。]
规律方法 判断安培力方向常见的两类问题
[跟进训练]1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，则此导线( )A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力
A [赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。]
考点2 安培力的大小1．F＝BIL sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受的安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图所示。
2．同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。3．在非匀强磁场中，只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算。4．当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
思路点拨：(1)通电导线所受的安培力等于各段所受安培力的合力。(2)匀强磁场中弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点间的线段的长度。
规律方法 应用安培力公式F＝BIL sin θ解题的技巧应用公式F＝BIL sin θ求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将B sin θ理解为有效磁感应强度或将L sin θ理解为有效长度，θ为磁场方向与直导线之间的夹角。
考点3 安培力作用下导体的平衡与加速1．求解安培力作用下导体平衡问题的基本思路(1)选定研究对象——通电导线或通电导体棒；(2)变三维为二维，作出如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解。
2．安培力作用下导体的分析技巧(1)安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析示意图。(2)安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度。
【典例3】 质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，求为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？(g取10 m/s2)
思路点拨：(1)首先将立体图转换成平面图，对杆受力分析。(2)杆所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。(3)杆静止不动的临界条件是摩擦力刚好达到最大静摩擦力。
[解析] 如图甲、乙所示是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图。根据甲图列式如下：F1－mg sin θ－f1＝0FN－mg cs θ＝0 f1＝μFN，F1＝BImaxd解上述方程得Imax＝0.46 A根据乙图列式如下：F2＋f2－mg sin θ＝0FN－mg cs θ＝0 f2＝μFN，F2＝BImind解上述方程得Imin＝0.14 A因此电流范围是0.14～0.46 A。
[答案] 0.14～0.46 A
甲 乙
[跟进训练]3．如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B＝3 T的匀强磁场中，水平放置两根平行金属导轨，两轨间距为l＝50 cm，左端接有电动势E＝2 V、内阻r＝0.5 Ω的电源，现将一质量m＝1 kg、接入电路的电阻R0＝1.5 Ω的金属棒ab放置在导轨上，金属棒与平行金属导轨间的动摩擦因数为μ＝0.1，其余电阻不计，开关闭合的瞬间，g取10 m/s2，求：(1)金属棒ab的电功率；(2)金属棒ab的加速度。
[答案] (1)1.5 W (2) 0.5 m/s2 方向水平向右
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x轴正方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿y轴正方向，则( )A．该通电导线一定不会沿平行于Ox方向放置B．该通电导线一定平行于Oz方向放置C．无论通电导线怎样放置，它总受到沿y轴正方向的安培力D．沿Oz方向观察一定有沿Oz方向的电流
AD [安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，电流方向与磁场方向可以不垂直。]
2．在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水。如果把玻璃皿放在磁场中，如图所示，通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看( )A．液体将顺时针旋转B．让蹄形磁铁翻转90°，使磁场方向水平，液体的旋转效果不变C．若仅调换N、S极位置，液体旋转方向不变D．若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变
A [在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由中心流向边缘，器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿顺时针方向，因此液体沿顺时针方向旋转，故A正确；让蹄形磁铁翻转90°，使磁场方向水平，根据左手定则，液体受到竖直方向的安培力，液体没有旋转效果，故B错误；仅仅调换N、S极位置或仅仅调换电源的正负极位置，根据左手定则，安培力方向改变，故C、D均错误。故选A。]
3．如图所示，在边长为L的等边三角形线框ABC由三根相同的导体连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，设导体AC受到的安培力大小为F1，导体ABC受到的安培力大小为F2，则F1∶F2为( ) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
C [由已知条件可知ABC边的有效长度与AC边相同，等效后的电流方向也与AC边相同，ABC边的电阻等于AC边电阻的两倍，两者为并联关系，设AC边中的电流大小为2I，则ABC边中的电流为I，设AC边的长为L，由题意知F1＝2BIL，所以ABC边所受安培力为F2＝BIL，方向与AC边所受安培力的方向相同，故有F1∶F2＝2∶1，故C正确，A、B、D错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)F＝ILB sin θ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场。在非匀强磁场中该公式是否适用？
提示：公式仅适用于很短的通电导线。
(2)求解安培力作用下导体的平衡和加速关键是什么？
提示：电磁问题力学化，立体图形平面化。
课时分层作业(一) 安培力
题组一 安培力的方向1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是( )A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直
C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直
D [根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，故D正确。]
2．在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( )
C [根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，四指指向电流方向。A选项安培力方向向下，故A错误；B选项通电导线与磁场平行，不受安培力，故B错误；C选项安培力方向向下，故C正确；D选项安培力方向垂直于纸面向外，故D错误。]
3．如图所示，光滑水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通以相等电流强度的恒定电流。通有顺时针方向电流的矩形线框位于两条导线的正中央，在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，则a、b导线中的电流方向( )A．均向上 B．均向下C．a向上，b向下 D．a向下，b向上
C [由于线框在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，线框的左边的作用力方向向左，由左手定则可知，线框左边所处磁场的方向垂直于纸面向里，则a导线电流向上，线框的右边的作用力方向向右，由左手定则可知，线框右边所处磁场的方向垂直纸面向里，则b导线电流向下，即a向上，b向下，故C正确。]
4．如图所示，长直导线与矩形线框同处于光滑水平面上，长直导线固定，线框可以在桌面上自由滑动，当通以图中所示电流时，矩形线框的运动情况是( ) A．靠近通电直导线 B．远离通电直导线C．保持静止不动 D．顺时针转动
A [根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，可知线框左侧的电流受到的安培力向左，右侧的安培力向右，由于左侧靠近电流I1，则I1对线框左侧的安培力大于对右侧的安培力，线框所受的安培力合力方向向左，则线框将靠近通电直导线，故A正确。]
题组二 安培力的大小5．在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定，固定点的距离为2L，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为( )A．BIL B．2BIL C．πBIL D．2πBIL
7．两根轻质丝线悬挂一根水平金属棒ab，金属棒处于垂直纸面的匀强磁场中。当金属棒中通有方向由a到b的电流时，每根丝线受到的拉力大小均为0.1 N。当电流大小不变，方向由b到a时，每根丝线受到的拉力大小均为0.05 N，问：(1)匀强磁场的磁感应强度的方向；(2)导线受到的安培力大小；(3)又经测量，导线长度为20 cm，电流大小为2 A，求磁感应强度的大小。
[解析] (1)电流反向后丝线拉力变小，说明反向之前导体棒受到的安培力竖直向下，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。(2)当电流由a到b，有mg＋F＝2T1当电流b到a时可得mg＝2T2＋F则F＝0.05 N。(3)由安培力公式F＝BIl代入数据解得B＝0.125 T。
[答案] (1)垂直纸面向外 (2)0.05 N (3)0.125 T
题组三 安培力作用下导体的平衡和加速8．质量为0.5 kg的金属杆在相距1 m 的水平轨道上与轨道垂直放置，金属杆上通以I＝4 A的恒定电流，方向如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面竖直向上，金属杆与轨道间的动摩擦因数为0.2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2。金属杆恰好不发生移动，则匀强磁场的磁感应强度B的大小为( )A．2.0 T B．1.0 T C．0.50 T D．0.25 T
D [由左手定则判断安培力方向向左，根据平衡条件可得BIL＝μmg，解得B＝0.25 T，故D正确，A、B、C错误。]
9．如图所示，在一光滑绝缘斜面上放一导体棒，斜面的倾角为θ，导体棒中通以电流I，电流方向垂直纸面向里。以下列两种方式在空间中加上匀强磁场可使导体棒静止在斜面上：(1)磁场方向垂直于斜面向上，磁感应强度大小为B1；(2)磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为B2。则( )A．两种情况下，导体棒所受的安培力大小相等B．两种情况下，斜面对导体棒的支持力大小相等C．B1＝B2D．B1＝B2cs θ
D [第一种情况下，导体棒所受安培力沿斜面向上，因导体棒恰好受力平衡，对导体棒受力分析，有向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和沿着斜面向上的安培力，所以有mg sin θ＝B1IL。第二种情况下，导体棒所受安培力水平向右，且导体棒受力平衡，对导体棒受力分析，有向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和水平向右的安培力，则有mg tan θ＝B2IL，两种情况下导体棒所受安培力大小不相等，斜面对导体棒的支持力也不相等，故A、B错误；由A、B选项中两方程可得，两种情况下磁感应强度大小的关系为B1＝B2cs θ，故C错误，D正确。]
10．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )
A B C D
A [天平原本处于平衡状态，所以线圈所受安培力越大，天平越容易失去平衡，由于线圈平面与磁场强度垂直，且线圈不全在磁场区域内，所以线圈与磁场区域的交点的长度等于线圈在磁场中的有效长度，磁场强度B和电流大小I相等，由题图可知，A图的有效长度最长，所以A图中线圈所受的安培力最大，则A图天平最容易失去平衡，A正确，B、C、D错误。]
11．如图所示，有一上端固定的螺旋状导体弹簧，下端刚好与水银槽中的水银面接触。水银、弹簧和电源构成如图所示的导体回路，闭合开关K后，弹簧的长度会( ) A．比原长更长 B．比原长更短C．周期性变化 D．保持原长不变
C [闭合开关后，可看到弹簧的下端离开水银面后又回到水银中，并不断重复这种过程。当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，之后重复上述过程。故弹簧的长度会出现周期性变化，故C正确。]
12．如图(a)，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是( )A．当导线静止在图(a)右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tan θ与电流I成正比D．sin θ与电流I成正比
13．如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡。然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2×10-2 kg的砝码，才能使天平重新平衡。(1)求磁场对bc边作用力的大小；(2)若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，求该磁场的磁感应强度。(g取10 m/s2)
相关课件
物理2 安培力的应用教课课件ppt： 这是一份物理<a href="/wl/tb_c4017510_t3/?tag_id=26" target="_blank">2 安培力的应用教课课件ppt</a>，共60页。PPT课件主要包含了安培力，机械能，电磁轨道炮，强磁场，软铁芯，提示均匀辐向磁场，灵敏度高，五种常用方法等内容，欢迎下载使用。
高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 安培力教课内容ppt课件： 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册<a href="/wl/tb_c4003245_t3/?tag_id=26" target="_blank">第一节 安培力教课内容ppt课件</a>，共60页。PPT课件主要包含了通电导线，大拇指，BILsinθ，安培力，零刻度，灵敏度高，换向器，答案见解析图，答案D等内容，欢迎下载使用。
教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用课文配套ppt课件： 这是一份教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用课文配套ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了五种常用方法等内容，欢迎下载使用。
