物理选择性必修 第二册安培力课前预习ppt课件

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1.熟练应用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向。2.会分析在安培力作用下导体的平衡问题。3.会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度。
提升2　安培力作用下导体的平衡与加速问题
提升1　安培力作用下导体的运动问题
1.判断思路(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。
例1 一个可以自由转动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘且垂直放置，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.向纸面内平动
解析　方法一　电流元法：把线圈L1以线圈L2所在平面为界分成上、下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2中电流产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可知，上半部分电流元所受安培力方向均指向纸外，下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内，因此从左向右看，线圈L1将顺时针转动，故B正确。
方法二　等效法：把通电线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心。由安培定则知通电线圈L2中电流产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为竖直向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动，故B正确。方法三　结论法：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。据此可知，从左向右看，线圈L1将顺时针转动，故B正确。
训练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，则导线受安培力后的运动情况为(　　)
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动并靠近螺线管
解析　通电螺线管产生的磁感线如图所示，则由图示可知左侧导线所在处的磁场方向斜向上，右侧导线所在处的磁场斜向下，则由左手定则可知，左侧导线受力方向向外，右侧导线受力方向向里，故从上向下看，导线应为逆时针转动；当导线转过90°时，由左手定则可知导线受力向下，故导线的运动情况为逆时针转动的同时还要向下运动，即靠近通电螺线管，故D正确，A、B、C错误。
训练2 如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁体的N极附近，磁体的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流(从右向左看沿逆时针方向)后，线圈的运动情况是(　　)
A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动
解析　将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相互吸引知，线圈将向左运动，故A正确。
1.安培力作用下导体的平衡与加速问题常常涉及“立体图”，解题时需要把立体图转换为直观的“平面图”，通常需要画出“侧视图”，例如：
2.画侧视图时应准确标明：辅助方向，如磁感应强度B的方向、电流的方向；导体棒端点的名称；磁感应强度B的方向与平面的夹角；磁感应强度B的方向与电流方向的夹角；线框与水平面或与竖直面之间的夹角等。最后根据安培力方向一定垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面的特点准确画出安培力的方向。
角度1　安培力作用下导体的平衡问题例2 (教材P5例题示范改编)质量m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角θ＝37°、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，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，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，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。
解析　电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析示意图分别如图甲、乙所示。
根据图甲，由平衡条件可得F1－mgsin θ－fm＝0
N1－mgcs θ＝0
又fm＝μN1，F1＝ImaxdB
解得Imax＝0.46 A
根据图乙，由平衡条件可得
F2＋fm－mgsin θ＝0
N2－mgcs θ＝0
又fm＝μN2，F2＝ImindB
解得Imin＝0.14 A
因此通过ab杆的电流范围是0.14～0.46 A。
答案　0.14～0.46 A
角度2　安培力作用下导体的加速问题例3 如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为外侧圆弧的圆心，N点为水平段与圆弧段的切点。两金属轨道之间的宽度为0.5 m，匀强磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为0.5 T。质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以2 A的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动。已知MN＝OP＝1 m，g取10 m/s2，则(　　)
A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/sC.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小均为0.75 N
求解安培力作用下导体平衡或加速问题的基本思路
训练3 (2024·山东烟台期末)如图所示，两平行金属导轨处于同一水平面内，在两导轨上放置一质量为m、长度为l的金属杆ab，并与电源、滑动变阻器、电流表构成闭合回路。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成θ＝37°角斜向上。刚开始，滑动变阻器连入电路的阻值最大，ab静止在水平导轨上，调节滑动变阻器滑片的位置，发现当电流表的示数为I时，金属杆ab刚要开始滑动，已知金属杆与导轨间的最大静摩擦力等于它们之间的滑动摩擦力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，重力加速度为g。则金属杆与导轨间的动摩擦因数为(　　)
1.(安培力作用下导体的运动问题)用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有(　　)
A.两导线环相互吸引B.两导线环相互排斥C.两导线环无相互作用力D.两导线环先吸引后排斥
解析　两导线环中通入的电流方向相同，根据“同向电流相互吸引”的规律，知两导线环应相互吸引，故A正确。
2.(安培力作用下导体的平衡问题)(2023·福建长乐一中期末)一通电直导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上，静止在水平位置(如正面图)。现在通电导体棒所处位置加上匀强磁场，使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置。如果所加磁场的强弱不同，则磁场方向的范围是(以下选项中各图均是在侧面图的平面内画出的，磁感应强度的大小未按比例画)(　　)
解析　要使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置，则安培力的范围是由竖直向上顺时针转到沿细线向下，可以竖直向上，但不能沿细线向下。再由左手定则可知磁感应强度的方向是由水平向右顺时针转到垂直于细线向下，但不能沿垂直于细线向下，所以C正确。
3.(安培力作用下导体的加速问题)如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B、竖直向下的匀强磁场中，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，导体棒与导轨垂直且接触良好，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小(重力加速度为g)。
题组一　安培力作用下导体的运动问题1.两条直导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB是固定的，CD能自由转动，如图所示。当电流按如图所示方向通入两条导线时，CD导线将(　　)
A.顺时针方向转动，同时靠近导线AB B.顺时针方向转动，同时离开导线ABC.逆时针方向转动，同时离开导线AB D.逆时针方向转动，同时靠近导线AB
解析　根据两电流不平行时，有转动到两电流相互平行且方向相同的趋势以及电流方向相同时导线相互吸引、相反时则相互排斥，可知CD导线将逆时针方向转动，同时靠近导线AB，所以D正确。
2.(2024·湖北随州二中期末)如图所示，条形磁铁放在桌面上，一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，导线保持与磁铁垂直，导线的通电方向如图所示。则这个过程中磁铁受到的摩擦力(磁铁保持静止)(　　)
A.为0B.方向由向左变为向右C.方向保持不变D.方向由向右变为向左
解析　磁铁上方的磁感线从N极出发回到S极，是曲线，直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，安培力方向由斜向左上方变为竖直向上再变为斜向右上方，根据牛顿第三定律知，磁铁受到的反作用力由斜向右下方变为竖直向下再变为斜向左下方，磁铁静止不动，所以所受摩擦力方向由向左变为向右，B正确。
3.如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中通过沿图示方向电流时(电源未在图中画出)，此时回路(　　)
A.将向左平动B.将向右平动C.将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动D.KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动
解析　因为载流直导线产生的磁感线是以O为圆心的同心圆，磁感线与KN边、LM边平行，所以KN边、LM边均不受力。根据左手定则可知，KL边所受安培力垂直纸面向外，MN边所受安培力垂直纸面向里，故D项正确。
题组二　安培力作用下导体的平衡与加速问题
4.如图所示，一重力为G1的通电圆环置于水平桌面上，圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看)。在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁，磁铁的中心轴线通过圆环中心，磁铁的上端为N极，下端为S极，磁铁自身的重力为G2。则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F′的大小，下列关系中正确的是(　　)
A.F>G1，F′>G2B.FG2C.F