高考物理总复习 第十章 第2课 安培力课件 (2).ppt

第一单元磁场安培力第2课安培力 第十章磁场 知能要求与高考展望 1 理解安培力 掌握安培力方向的判断方法 掌握安培力公式的应用 2 考查为选择题或计算题 课前自修 1 安培力的定义通电 在磁场中受到的作用力 称为安培力 仍属于磁场力 2 安培力的方向 1 安培力方向的判定方法 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 的方向 这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 导线 垂直 电流 拇指 2 在匀强磁场中 安培力的方向永远垂直于 与电流所构成的 即f b 同时f i 3 两平行的通电直导线 同向相互 异向相互 3 安培力的大小 1 垂直于匀强磁场放置 长为l的直导线 通过的电流为i时 它所受的安培力f 为最大值 2 当磁感应强度b的方向与导线方向成 角时 f bilsin 当磁感应强度b的方向与导线方向 时 安培力等于零 磁感应强度 平面 吸引 排斥 bil 平行 重难突破 1 安培力的方向特点 1 与电场力比较 磁场和电场有许多相似之处 但是 安培力比电场力复杂得多 点电荷在电场中受力方向和电场方向不是相同就是相反 而电流元在磁场中受力的方向和磁场方向不在同一直线上 而且还不在同一平面内 安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直 2 安培力方向的判定方法 安培力的方向可用左手定则判断 需要指出的是 通电导线只要与磁场方向不平行 则有安培力的作用 安培力是由b和i共同决定的 安培力f一定垂直于b与i所决定的平面 即f既垂直于b 又垂直于i 但i与b不一定垂直 可以成任意角 由磁场b的方向和电流i的方向确定安培力f的方向是唯一的 但由f和b 或i 的方向确定i 或b 的方向不是唯一的 2 安培力的大小 1 公式f bilsin 式中 为电流i方向与磁感应强度b方向的夹角 当磁场与电流垂直时 安培力最大 f bil 当磁场与电流平行时 安培力最小 f 0 2 在垂直磁场的平面内 若导线是曲线 则连结导线两端点的线段长度 才是受安培力的有效长度 3 安培力的实质是通电导线中所有运动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 4 安培力作用点为磁场中该部分导体的中点 5 分析通电导体在安培力作用下的运动问题时 应会根据立体图画出投影截面图 做好受力分析 然后运用平衡条件或牛顿定律求解 3 安培力做功的实质 1 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能 或储存或再转化为其他形式的能 题型探究 题型一 安培力的分析与计算 例1 如图所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 a 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbb 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbc 方向沿纸面向下 大小为 1 ilbd 方向沿纸面向下 大小为 1 ilb 解析 ab bc cd所受安培力的大小均为f bil bc边所受安培力的方向垂直于bc向上 ab cd边所受安培力的方向如图所示 由几何关系可知ab与cd边所受安培力的方向之间的夹角为90 合力大小f bil 方向垂直于bc边向上 且与bc边所受安培力在一条直线上 因此abcd所受磁场的作用力的合力为f合 f f 1 ilb 方向沿纸面垂直bc向上 答案 a 方法点窍 计算安培力时应注意下列两点 1 安培力公式f ibl的适用条件为磁场与电流方向垂直 2 式中l是有效长度 在垂直磁场的平面内 弯曲导线的有效长度l 等于两端点所连直线的长度 如图所示 相应的电流方向 沿l由始端流向末端 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度l 0 所以通电后在匀强磁场中 受到的安培力的矢量和一定为零 题型二 安培力作用下物体运动情况的判断 例2 如图甲所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方 导线可以自由转动 当导线通入图示方向电流i时 导线的运动情况是 从上往下看 a 顺时针转动 同时下降b 顺时针转动 同时上升c 逆时针转动 同时下降d 逆时针转动 同时上升 解析 画出蹄形磁铁的两条磁感线 在磁感线与电流相交处分别取一小段电流 如图乙中的bc ad两段 由左手定则可知 ad段受安培力垂直纸面向外 bc段受垂直纸面向里的安培力 故导线将绕轴线oo 顺时针旋转 俯视 当导线转动90 时 特殊位置法 由左手定则可知 导线受向下的安培力作用 所以导线在顺时针转动的同时还向下运动 答案 a 方法点窍 安培力作用下物体运动方向的判断方法 1 电流元受力分析法 即把整段电流等效为很多段直流电流元 先用左手定则判断出每小段电流元受的安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 确定其运动方向 2 特殊位置分析法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置 如转过90 后再判断所受安培力的方向 从而确定运动的方向 题型三 含安培力的静力平衡问题探究 例3 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1m的平行导轨上放一重为3n的金属棒ab 棒上通以3a的电流 磁场方向竖直向上 这时棒恰好静止 求匀强磁场的磁感应强度和ab棒对导轨的压力 解析 导体ab的截面受力图如图所示 则斜面方向的平衡方程为 mgsin60 facos60 垂直于斜面方向的平衡方程为 n mgcos60 fasin60 fa bil 式联立得 b t n 6n 答案 t6n 方法点窍 安培力是一种性质力 即属于力学思维范畴 其解题方法是 1 首先把立体图画成易于分析的平面图 如侧面图等 2 确定导线所在处磁场方向 根据左手定则确定安培力方向 再做好其他力的受力分析 3 根据静力平衡知识列方程求解 题型四 与安培力有关的力学综合问题 例4 2011 上海 如图所示 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 则磁感应强度方向和大小可能为 a z正向 tan b y正向 c z负向 tan d 沿悬线向上 sin 审题突破 解析 若b沿z轴正方向 导线无法平衡 a错误 若b沿y轴正方向 由左手定则 受力如图 mg bil 所以b正确 若b沿z轴负方向 受力如图 ftsin bil ftcos mg 所以b tan c正确 若b沿悬线向上 受力如图 导线无法平衡 d错误 答案 bc 方法点窍 从近几年高考试题可以看出 与安培力有关的通电导体在磁场中的加速或平衡问题 已成为高考的热点 这类问题的求解方法如下 1 选定研究对象 2 变三维为二维 画出平面受力分析图 其中安培力的方向切忌跟着感觉走 要用左手定则来判断 注意f安 b f安 i 3 列方程 根据力的平衡条件 牛顿第二定律列方程式进行求解 求解关键 把电磁学问题力学化 把立体图转化为平面图 随堂训练 如图所示 质量为m 50g 长l 10cm的铜棒 用长度亦为l的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 5t 未通电时 轻导线在竖直方向 通入恒定电流后 棒向外偏转的最大角度 37 不考虑导体棒切割磁感线产生的感应电流 求此棒中恒定电流的大小 错解 37 为铜棒平衡位置 有 f安 mgtan37 而f安 bil 以上两