一轮复习鲁科版安培力作用下导体的运动问题ppt课件.ppt

思想方法 安培力作用下导体的运动问题 1 方法指导 2 例证突破 3 方法总结 4 跟踪训练 第八章磁场 5 真题演练 1 一 方法指导 1 方法指导 易错点 1 判断安培力的方向时没有使用左手定则 而错误地使用右手定则 2 不能把立体图正确转化为平面图或截面图 每段电流元所受安培力方向 整段导体所受合力方向 运动方向 在特殊位置 安培力方向 运动方向 环形电流 小磁针 条形磁铁通电螺线管 多个环形电流 同向电流互相吸引 异向电流互相排斥 两不平行的直线电流相互作用时 有转到平行且电流方向相同的趋势 分析磁体与电流磁场作用下如何运动或运动趋势 可根据牛顿第三定律 通过分析一个物体的受力情况 确定另一个物体所受磁场的作用力 1 判定安培力作用下导体运动情况的常用方法 2 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质 起能量转化的作用 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能 二 例证突破 2 例证突破 例4 2015 郑州二模 如图示 用绝缘细线悬挂一个导线框 导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab cd ab cd在同一条水平直线上 连接而成的闭合回路 导线框中通有图示方向的电流 处于静止状态 在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P 当P中通以方向向外的电流时 A 导线框将向左摆动B 导线框将向右摆动C 从上往下看 导线框将顺时针转动D 从上往下看 导线框将逆时针转动 解析当直导线P中通以方向向外的电流时 由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向 磁感线是以P为圆心的同心圆 半圆弧导线与磁感线平行不受安培力 由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外 cd所受的安培力方向垂直纸面向里 从上往下看 导线框将逆时针转动 故D正确 答案D 解析显隐 导线框各边受力情况怎样 导线框各边受力情况怎样 拓展延伸 1 若在例4中 将P中通以方向向里的电流 试分析导线框的运动情况 2 若在例4中 将直导线P撤去 在导线框所在平面加垂直纸面向里的匀强磁场 试分析导线框的运动情况及导线框对细线的拉力大小 解析 1 若直导线P中通以方向向里的电流时 由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为顺时针方向 由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向里 cd所受的安培力方向垂直纸面向外 从上往下看 导线框将顺时针转动 2 大半圆弧的有效长度与小半圆弧及直导线ab cd的总有效长度相同 电流方向相反 由F BIL和左手定则可以判断导线框两部分所受的安培力等大 反向 故导线框保持静止状态 且对细线的拉力等于导线框自身的重力大小 答案 1 从上往下看 导线框将顺时针转动 2 导线框静止等于导线框自身的重力大小 解析显隐 备选 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 如图示 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 在纸面内平动 方法一 电流元分析法 把L1看成无数段直线电流元 电流元处在L2产生的磁场中 由左手定则判断各电流元所受安培力 由所受合力判断L1转动情况 方法二 等效分析法 把L1等效为小磁针 它处于环形电流I2的中心 由I2的磁场方向即可判断线圈L1的转动方向 方法三 利用结论法 环形电流I1 I2之间不平行 则必有相对转动 直到电流同向平行为止 据此可判断线圈L1转动情况 审题析疑 转解析 解析方法一 电流元分析法 把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分 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 由左手定则可得 上半部分电流元所受安培力均指向纸外 下半部分电流元所受安培力均指向纸内 因此从左向右看线圈L1将顺时针转动 方法二 等效分析法 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 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向上 所以从左向右看 线圈L1将顺时针转动 方法三 利用结论法 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 据此可得 从左向右看 线圈L1将顺时针转动 答案B 转原题 三 方法总结 3 方法总结 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路 研究对象 通电导线或导体 明确 导体所在位置的磁场分布情况 利用左手定则 导体的受力情况 确定 导体的运动方向或运动趋势的方向 变三维为二维 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注意F安 B F安 I 1 同一问题可以用多种判断方法分析 可以根据不同的题目选择恰当的判断方法 2 同一导体在安培力作用下 运动形式可能会发生变化 要根据受力情况进行判断 变式训练5 如图示 台秤上放一光滑平板 其左边固定一挡板 一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来 此时台秤读数为F1 现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒 当导体棒中通以方向如图所示的电流后 台秤读数为F2 则以下说法正确的是 A 弹簧长度将变长B 弹簧长度将变短C F1 F2D F1 F2 对导体棒与磁铁分别进行受力分析 解析如图甲所示 导体棒处的磁场方向指向右上方 根据左手定则可知 导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方 根据牛顿第三定律 对条形磁铁受力分析 如图乙所示 所以FN1 FN2即台秤示数F1 F2 在水平方向上 由于F 有向左的分力 磁铁压缩弹簧 所以弹簧长度变短 答案BC 解析显隐 四 跟踪训练 4 跟踪训练 跟踪训练 直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距离 其中直导线固定 线圈可自由运动 当通过如图所示的电流方向时 同时通电 从左向右看 线圈将 A 不动B 顺时针转动 同时向右平移C 顺时针转动 同时向左平移D 逆时针转动 同时向右平衡 解析用安培定则判断线圈所处的B的方向 由左手定则及特殊位置法判定运动情况 答案B 先判断直导线ab产生的磁场方向及分布 再由左手定则判定线圈所受安培力及运动情况 外 里 解析显隐 跟踪训练 如图所示 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的电流I时 导线的运动情况是 从上往下看 A 顺时针方向转动 同时下降B 顺时针方向转动 同时上升C 逆时针方向转动 同时下降D 逆时针方向转动 同时上升 转解析 总结提升 分析通电导线在安培力作用下的运动问题时 首先要明确通电导线所在处的磁场方向 然后用左手定则确定通电导线所受安培力的方向 切记安培力垂直于通电导线和磁场方向决定的平面 注重各种判断方法的灵活运用 解析 1 电流元法 如图示 把直线电流等效为AO O O OB三段 O O段极短 电流元 由于O O段电流方向与该处磁场方向平行 所以不受安培力作用 AO 段电流元所在处的磁场方向倾斜向上 根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外 OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里 综上可知导线将以OO 段为轴顺时针转动 俯视 2 特殊位置法 把导线转过90 时的特殊位置来分析 根据左手定则判得安培力方向向下 故导线在顺时针转动的同时向下运动 综上所述 选项A正确 答案 A 转原题 跟踪训练 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方 如图示 如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流 则关于导线ab受磁场力后的运动情况 下列说法正确的是 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 转解析 注意多种分析方法的灵活运用 解析方法一 电流元法由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向 导线等效为Oa Ob两电流元 由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向 如图所示 所以从上向下看导线逆时针转动 当转过90 时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下 即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管 D对 方法二 结论法结论1 两电流相互平行时无转动趋势 电流方向相同时相互吸引 电流方向相反时相互排斥 结论2 两电流不平行时 将发生转动 有转到两电流相互平行且方向相同的趋势 通电螺线管上部离导线近 所以只考虑这部分电流与导线的作用 此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线 由结论2可知导线ab受磁场力后 从上向下看 逆时针转动并靠近螺线管 D对 答案D 转原题 跟踪训练 如图示为电磁轨道炮的工作原理图 待发射弹体与轨道保持良好接触 并可在两平行轨道之间无摩擦滑动 电流从一条轨道流入 通过弹体后从另一条轨道流回 轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道平面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与电流I成正比 通电的弹体在安培力的作用下离开轨道 则下列说法正确的是 A 弹体向左高速射出B I为原来的2倍 弹体射出的速度也为原来的2倍C 弹体的质量为原来的2倍 射出的速度也为原来的2倍D 轨道长度L为原来的4倍 弹体射出的速度为原来的2倍 转解析 转原题 跟踪训练 电磁炮的基本原理如图示 把待发射的炮弹 导体 放置在匀强磁场中的两条平行导轨 导轨与水平方向成 角 上 磁场方向和导轨平面垂直 若给导轨以很大的电流I 使炮弹作为一个载流导体在磁场的作用下沿导轨做加速运动 以某一速度射出去 已知匀强磁场的磁感应强度为B 两导轨间的距离为L 磁场中导轨的长度为s 炮弹的质量为m 炮弹和导轨间摩擦不计 试问 在导轨与水平方向夹角一定时 要想提高炮弹发射时的速度v0 从设计角度看可以怎么办 通过列式分析 加以说明 转解析 转原题 五 真题演练 5 真题演练 真题 2012 海南单科 10 如图所示的装置可演示磁场对通电导线的作用 电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨 L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆 当电磁铁线圈两端a b 导轨两端e f 分别接到两个不同的直流电源上时 L便在导轨上滑动 下列说法正确的是 A 若a接正极 b接负极 e接正极 f接负极 则L向右滑动B 若a接正极 b接负极 e接负极 f接正极 则L向右滑动C 若a接负极 b接正极 e接正极 f接负极 则L向左滑动D 若a接负极 b接正极 e接负极 f接正极 则L向左滑动 审题导析1 先根据a b接电源正负极的不同 判断出电磁铁的磁场方向 2 再有e f接电源正负极的方式 判定通电导线L中电流流向 3 最后由左手定则判定L受安培力方向 解析若a接正极 b接负极 电磁铁磁极间磁场方向向上 e接正极 f接负极 由左手定则判定金属杆受安培力向左 则L向左滑动 A项错误 同理判定B D选项正确 C项错误 答案BD 解析显隐 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场的磁感线分布情况 然后利用左手定则准确判定导体的受力情况 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 典例2 如图所示 质量为60g的导体棒长度L1 20cm 棒两端分别与长度L2 30cm的细导线相连 悬挂在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B