高中物理 习题课五 安培力的综合应用课件 教科版选修31.ppt

习题课五安培力的综合应用 课堂探究 达标测评 课堂探究核心导学 要点探究 一 判定安培力作用下导体的运动方向或运动趋势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 例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 d 解析 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磁场力的方向 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 选项d正确 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 选项d正确 方法总结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 拓展提升1 2017 菏泽高二检测 如图所示 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 d 解析 根据电流元分析法 把电流cd等效成co od两段电流 由安培定则画出co od所在位置的ab电流的磁场 由左手定则可判断co od受力如图所示 可见导线cd逆时针转动且靠近导线ab 二 安培力作用下的平衡问题1 一般解题步骤 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 2 分析求解安培力时注意的问题 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 安培力的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 例2 如图所示 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 解析 1 安培力f安 ilb 2 0 5 0 5n 0 5n 由左手定则可知安培力的方向水平向右 2 建立如图所示的坐标系 分解重力和安培力 设导体棒受的静摩擦力大小为f 方向沿斜面向下 在x轴方向上有mgsin f f安cos 解得f 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 答案 1 0 5n水平向右 2 0 067n沿斜面向上 方法总结对于通电导线在磁场中的平衡问题 与解一般物体平衡方法类似 只是多出一个安培力 准确应用左手定则 判断安培力的方向 作出完整准确的受力分析图是解此类题目的关键 拓展提升2 多选 如图所示 在倾角为 的光滑斜面上 放置一根长为l 质量为m 通过电流为i的导线 若使导线静止 应该在斜面上施加匀强磁场b的大小和方向为 ac 三 安培力作用下导体的运动问题解决安培力作用下的力学综合问题 首先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 例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 2t 一根质量为0 6kg 有效长度为2m的金属棒ab放在导轨上 当金属棒中的电流为5a时 金属棒做匀速直线运动 当金属棒中的电流突然增大为8a时 求金属棒能获得的加速度的大小 解析 设金属棒受到的滑动摩擦力为f 当金属棒中的电流为5a时 金属棒做匀速直线运动 有i1lb f 当金属棒中的电流为8a时 金属棒能获得的加速度为a 则i2lb f ma 联立解得a 2m s2 答案 2m s2 拓展提升3 2017 烟台高二周练 澳大利亚国立大学制成了能把2 2g的弹体 包括金属杆ef的质量 从静止加速到10km s的电磁炮 常规炮弹的速度约为2km s 如图所示 若轨道宽为2m 长为100m 通过的电流为10a 试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度的大小 轨道摩擦不计 答案 55t 达标测评随堂演练 检测效果 1 2017 汕头高二质检 如图所示 两个圆形线圈p和q 悬挂在光滑绝缘杆上 通以方向相同的电流 若i1 i2 p q受到安培力大小分别为f1和f2 则p和q a 相互吸引 f1 f2b 相互排斥 f1 f2c 相互排斥 f1 f2d 相互吸引 f1 f2 d 解析 由于p q通以同向电流 据 同向电流相吸 异向电流相斥 可知 p q是相互吸引的 p q之间的相互吸引力遵循牛顿第三定律 总是等大 反向 选项d正确 2 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不受磁场力的作用 故l2不动b 因l2上 下两部分所受的磁场力平衡 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 d 解析 由安培定则可知导线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都水平向右 由于o点的下方磁场较强 安培力较大 因此l2绕轴o按逆时针方向转动 选项d正确 3 2017 沧州高二检测 如图所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由m向n的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 a 棒中的电流变大 角变大b 两悬线等长变短 角变小c 金属棒质量变大 角变大d 磁感应强度变大 角变小 a 解析 选金属棒mn为研究对象 其受力情况如图所示 根据平衡条件及三角形知识可得tan 所以当棒中的电流i或磁感应强度b变大时 角变大 选项a正确 d错误 当金属棒质量m变大时 角变小 选项c错误 角的大小与悬线长无关 选项b错误 4 水平放置的光滑金属导轨宽l 0 2m 接有电源电动势e 3v 电源内阻及导轨电阻不计 匀强磁场竖直向下穿过导轨 磁感应强度b 1t 导体棒ab的电阻r 6 质量m 10g 垂直放在导轨上并接触良好 求合上开关的瞬间 1 导体棒受到安培力的大小和方向 2 导体棒的加速度 解析 1 闭合开关的瞬间 回路中的电流i a 0 5a ab棒所受安培力f安 ilb 0 1n 由左手定则知方向水平向右 2 由牛顿第二定律知a 10m s2 方向水平向右 答案 1 0 1n水平向右 2 10m s2 方向水平向右 5 如图所示 在倾角为 30 的斜面上 固定一宽l 0 25m的平行金属导轨 在导轨上端接入电源和滑动变阻器r 电源电动势e 12v 内阻r 1 一质量m 20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好 整个装置处于磁感应强度b 0 80t 垂直于斜面向上的匀强磁场中 导轨与金属棒的电阻不计 金属导轨是光滑的 取g 10m s2 要保持金属棒在导轨上静止 求 1 金属棒所受到的安培力的大小 解析 1