高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力综合与测试习题课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力综合与测试习题课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了探究一，探究二，探究三，随堂检测，答案D，答案55T，答案2ms2等内容，欢迎下载使用。

安培力作用下导体运动方向的判断情境探究如图所示,在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中放入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中,N极在下,S极在上,通电后盐水就会旋转起来。通电后的盐水为什么会旋转起来呢?这个现象对你有什么启发?
要点提示:盐水受到磁铁的磁场力作用而发生转动。盐水中有指向圆心的电流,根据左手定则,半径方向上的电流将受到安培力使得盐水逆时针转动。可以根据这个特点可以设计出无转子的洗衣机,衣服越脏,导电能力越强,电流越大,受到的安培力就越大,转速就越快,洗涤效果就越好。
知识归纳安培力作用下导体运动方向的判断方法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,然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动。在实际操作过程中,往往采用以下几种方法:
(1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况,要寻找具有对称关系的电流元。(2)利用特殊位置法要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向。
实例引导例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,当两线圈通以如图所示的电流时,从左向右看,则线圈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:解法一:结论法。环形电流L1、L2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顺时针转动。解法二:等效法。把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,通电后,小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上,而L1等效成小磁针后转动前,N极指向纸里,因此应由向纸里转为向上,所以从左向右看,线圈L1顺时针转动。解法三:电流元法。把线圈L1沿转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上,据左手定则可得,上部电流元所受安培力均指向纸外,下部电流元所受安培力均指向纸里,因此从左向右看线圈L1顺时针转动。答案:B
变式训练1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不受安培力的作用,故L2不动B.因L2上、下两部分所受的安培力平衡,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
解析:由右手螺旋定则可知导线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均水平向右,由于O点的下方磁场较强,则安培力较大,因此L2绕轴O按逆时针方向转动,D选项正确。答案:D
安培力作用下导体的平衡情境探究如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m的金属棒悬挂在蹄形磁铁的两极间,当棒两端连接电源后,棒的位置如图中虚线所示,两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态,此时棒中的电流为I,棒所在处的磁场近似认为是匀强磁场,宽度近似等于磁铁的宽度l,磁场的方向竖直向下,导线所在处的磁场的磁感应强度大约为多大?
要点提示:由画出的力的三角形可知,安培力的大小为F=mgtan θ,得
知识归纳1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路
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,l为导体垂直于磁场方向的长度,即有效长度。
实例引导例2 如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处,置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上,所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为(　　)
解析: 画出题中装置从右向左看的侧视图,棒的受力分析如图所示。要求所加磁场的磁感应强度最小,应使棒平衡时所受的安培力最小。由于棒的重力恒定,悬线拉力的方向不变,由画出的力的三角形可知,安培力的最小值为Fmin=mgsin θ,即IlBmin=mgsin θ,得Bmin= sin θ,方向应平行于悬线向上。故选D。
规律方法安培力作用下导体棒平衡问题的求解关键可以简单概括为两点:(1)电磁问题力学化,即把电磁问题通过受力分析,归结为力学问题。(2)立体图形平面化,想很好地分析物体受力的平衡问题,把立体图形转化为平面图是关键。
变式训练2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的平行导轨上放一重3 N的金属棒ab,棒上通以3 A的电流,磁场方向竖直向上,这时棒恰好静止,求:(1)匀强磁场的磁感应强度大小。(2)ab棒对导轨的压力大小。
解析:导体ab处于静止状态,则其处于受力平衡状态,所以沿斜面方向有mgsin 60°=F安cs 60°,垂直于斜面方向有FN=mgcs 60°+F安sin 60°,式中F安=BIl,由以上三式可得B= T,FN=6 N。
安培力作用下导体棒的加速情境探究电磁轨道炮原型炮如图所示,它发射的炮弹的初速度可以达到2 500 m/s,射程可以达到185 km。电磁轨道炮的原理如下图所示,它由两条平行的导轨组成,弹丸夹在两条导轨之间。两轨接入电源,电流经一导轨流向弹丸再流向另一导轨,磁场与电流相互作用,产生强大的安培力推动弹丸,从而使弹丸具有很大的加速度,短时间内达到很高的速度。请思考:有哪些因素会影响弹丸的加速度?
要点提示:根据牛顿第二定律,弹丸的加速度取决于弹丸的质量和所受到的安培力,而安培力又取决于磁场和电流。
知识归纳1.解决在安培力作用下物体的加速运动问题,首先对研究对象进行受力分析,其中重要的是不要漏掉安培力,然后根据牛顿第二定律列方程求解。2.选定观察角度画好平面图,标出电流方向和磁场方向,然后利用左手定则判断安培力的方向。3.与闭合电路欧姆定律相结合的题目,主要应用以下几个知识点:(1)闭合电路欧姆定律,(2)安培力求解公式F=BIlsin θ,(3)牛顿第二定律。
实例引导例3 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,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。
解析:画出题中装置的侧视图,棒受力分析如图所示,导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F,由牛顿第二定律得mgsin θ-Fcs θ= ma①,
变式训练3某科研单位制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)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大小。(轨道摩擦不计)
根据牛顿第二定律F=ma得炮弹所受的安培力F=ma=2.2×10-3×5×105 N=1.1×103 N。根据安培力公式F=IlB,
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方向为由a到b的电流,则导线ab受磁场力后的运动情况为(　　)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:先由安培定则判断通电螺线管的南北两极,找出导线左右两端磁感应强度的方向,并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向,如图(a)所示。可以判断导线受磁场力后从上向下看按逆时针方向转动,再分析特殊位置时的磁场方向,再次用左手定则判断导线受磁场力的方向,如图(b)所示,导线要靠近螺线管,所以D正确,A、B、C错误。
2.在两个倾角均为α的光滑斜面上,放有两个相同的金属棒,分别通有电流I1和I2,磁场的磁感应强度大小相同,方向如图所示,两金属棒均处于平衡状态。则两种情况下的电流之比I1∶I2为(　　)
3.如图所示,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:当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动,有I1Bl=Ff①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I2Bl-Ff=ma②
4.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触,并使它组成如图所示的电路图。当开关S闭合后,将看到的现象是(　　)A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动
解析:因为通电后,弹簧中每一圈之间的电流都是同向的,互相吸引,弹簧就缩短,电路就断开,断开后电流消失,弹簧就又伸长接通电路……如此反复,就上下跳动。答案:C
5.(2019全国Ⅰ卷)如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)A.2FD.0