高中物理 3.5 安培力的综合应用课件 新人教版选修31.ppt

第三章磁场 第五讲安培力的综合应用 目标定位 安培力的综合应用 1 安培右手螺旋2 磁极 3 1 bil 0 ilbsin 2 左手b和i 预习导学 安培力的综合应用 一 安培力作用下物体运动方向的判断方法 通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动 电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元 运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 课堂讲义 安培力的综合应用 利用结论法 1 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 2 两电流不平行时 有转动到相互平行且方向相同的趋势 转换研究对象法因为电流之间 电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律 定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时 可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力 然后有牛顿第三定律 再确定磁体所受电流的作用力 课堂讲义 安培力的综合应用 例1 如图7所示 两条导线相互垂直 但相隔一段距离 其中ab固定 cd能自由活动 当直线电流按图示方向通入两条导线时 导线cd将 从纸外向纸里看 a 顺时针方向转动同时靠近导线abb 逆时针方向转动同时离开导线abc 顺时针方向转动同时离开导线abd 逆时针方向转动同时靠近导线ab 图7 d 课堂讲义 安培力的综合应用 例1 如图7所示 两条导线相互垂直 但相隔一段距离 其中ab固定 cd能自由活动 当直线电流按图示方向通入两条导线时 导线cd将 从纸外向纸里看 a 顺时针方向转动同时靠近导线abb 逆时针方向转动同时离开导线abc 顺时针方向转动同时离开导线abd 逆时针方向转动同时靠近导线ab 借题发挥电流在非匀强磁场中受力运动的判断 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 课堂讲义 安培力的综合应用 d 例2 如图8所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面 当线圈内通以图中方向的电流后 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 解法一 电流元法 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项a正确 课堂讲义 安培力的综合应用 a 例2 如图8所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面 当线圈内通以图中方向的电流后 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 解法二 等效法 将环形电流等效成小磁针 如图乙所示 根据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a a 课堂讲义 安培力的综合应用 二 安培力作用下的导线的平衡 1 解决安培力作用下的平衡与解一般物体平衡方法类似 只是多画出一个安培力 一般解题步骤为 1 明确研究对象 2 先把立体图改画成平面图 并将题中的角度 电流的方向 磁场的方向标注在图上 3 根据平衡条件 f合 0列方程求解求解 2 分析求解安培力时注意的问题 1 首先画出通电导线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 安培力大小与导线放置的角度有关 但一般情况下只要求导线与磁场垂直的情况 其中l为导线垂直于磁场方向的长度为有效长度 课堂讲义 安培力的综合应用 图1 例3 2012 淮安高二检测 如图1所示 质量m 0 1kg的导体棒静止于倾角为30 的斜面上 导体棒长度l 0 5m 通入垂直纸面向里的电流 电流大小i 2a 整个装置处于磁感应强度b 0 5t 方向竖直向上的匀强磁场中 求 取g 10m s2 1 导体棒所受安培力的大小和方向 2 导体棒所受静摩擦力的大小和方向 1 安培力f安 ilb 2 0 5 0 5 0 5n 由左手定则可知安培力的方向水平向右 在x轴方向上有 mgsin ff f安 cos 解得ff 0 067n 负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反 即沿斜面向上 解析 2 建立如图坐标系 分解重力和安培力 在x轴方向上 设导体棒受的静摩擦力大小为ff 方向沿斜面向下 课堂讲义 安培力的综合应用 三 安培力和牛顿第二定律的结合 解决安培力作用下的力学综合问题 同样遵循力学的规律 做好全面受力分析是前提 无非就是多了一个安培力 其次要根据题设条件明确运动状态 再恰当选取物理规律列方程求解 课堂讲义 安培力的综合应用 例4 如图所示 光滑的平行导轨倾角为 处在磁感应强度为b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 受力分析如图所示 解析 课堂讲义 安培力的综合应用 安培力作用下导体的运动 力的作用是相互的 虽然电流不同 但是两圆环的受力大小相等 同向电流相互吸引 b 对点练习 安培力的综合应用 1 两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动 设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环 则两环的运动情况是 a 都绕圆柱体转动b 彼此相向运动 且具有大小相等的加速度c 彼此相向运动 电流大的加速度大d 彼此背向运动 电流大的加速度大 安培力作用下导体的平衡 d 对点练习 安培力的综合应用 安培力和牛顿第二定律的结合 4 澳大利亚国立大学