2018年高考物理一轮总复习第八章磁场第1节课时4安培力作用下导体的运动问题课件鲁科版2018102034

1、思想方法思想方法： 安培力作用下导体安培力作用下导体 的运动问题的运动问题 1.方法指导方法指导 2.例证突破例证突破 3.方法总结方法总结 4.跟踪训练跟踪训练 第八章第八章 磁场磁场 5.真题演练真题演练 一、方法指导一、方法指导 1.方法指导方法指导 (1)判断安培力的判断安培力的方向时没有使用左手定方向时没有使用左手定 则，而错误地使用则，而错误地使用右手定则右手定则 (2)不能把立体图正确转化为平面图或截不能把立体图正确转化为平面图或截 面图面图 电流元法电流元法 特殊位置法特殊位置法 等效法等效法 结论法结论法 转换研究转换研究 对象法对象法 每段电流元所受安培力方向每段电流元所受

2、安培力方向 整段导体所受合力方向整段导体所受合力方向运动方向运动方向 在特殊位置在特殊位置安培力方向安培力方向运动方向运动方向 环形电流环形电流小磁针小磁针条形磁铁条形磁铁 通电螺线管通电螺线管 多个环形电流多个环形电流 同向电流互相吸引同向电流互相吸引,异向电流互相排斥；两异向电流互相排斥；两 不平行的直线电流相互作用时不平行的直线电流相互作用时,有转到平行有转到平行 且电流方向相同的趋势且电流方向相同的趋势 分析分析磁体磁体与与电流磁场电流磁场作用下如何运动或运动趋势作用下如何运动或运动趋势, 可根据牛顿第三定律可根据牛顿第三定律,通过分析一个物体的受力情通过分析一个物体的受力情 况，确定

3、另一个物体所受磁场的作用力况，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

4、或转安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转 化为其他形式的能化为其他形式的能 二、例证突破二、例证突破 2. 例证突破例证突破 【例例4】(2015郑州二模郑州二模)如图示如图示,用绝缘细线悬挂一个导线框用绝缘细线悬挂一个导线框,导线导线 框是由两同心半圆弧导线和直导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直在同一条水平直 线上线上)连接而成的闭合回路连接而成的闭合回路,导线框中通有图示方向的电流导线框中通有图示方向的电流,处于静处于静 止状态止状态.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

5、根长直导线根长直导线P.当当P中通以方向向外的电流时中通以方向向外的电流时() A导线框将向左摆动导线框将向左摆动 B导线框将向右摆动导线框将向右摆动 C从上往下看，导线框将顺时针转动从上往下看，导线框将顺时针转动 D从上往下看，导线框将逆时针转动从上往下看，导线框将逆时针转动 解析解析当直导线当直导线P中通以方向向外的电流时中通以方向向外的电流时,由安培定则可判断出由安培定则可判断出 长直导线长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向产生的磁场方向为逆时针方向,磁感线是以磁感线是以P为圆心的同为圆心的同 心圆，半圆弧导线与磁感线平行不受安培力心圆，半圆弧导线与磁感线平行不受安培力,由左手定则可判断

6、出由左手定则可判断出 直导线直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外所受的安培力方向垂直纸面向外,cd所受的安培力方向垂所受的安培力方向垂 直纸面向里直纸面向里,从上往下看从上往下看,导线框将逆时针转动导线框将逆时针转动,故故D正确。正确。 答案答案D 解析显隐解析显隐 导线框各边受力导线框各边受力 情况怎样？情况怎样？ 导线框各边受导线框各边受 力情况怎样？力情况怎样？ 【拓展延伸拓展延伸】(1)若在若在例例4中中,将将P中通以方向向中通以方向向 里的电流里的电流,试分析导线框的运动情况。试分析导线框的运动情况。 (2)若在若在例例4中中,将直导线将直导线P撤去撤去,在导线框所在在导线框所在

7、平面加垂直纸面向里的匀强磁场平面加垂直纸面向里的匀强磁场,试分析导线试分析导线 框的运动情况及导线框对细线的拉力大小。框的运动情况及导线框对细线的拉力大小。 解析解析(1)若直导线若直导线P中通以方向向里的电流时，由安培定则可判断出中通以方向向里的电流时，由安培定则可判断出 长直导线长直导线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 线线ab所受的安培力方向垂直纸面向里，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。向外，从上往下看，导线框将顺时针转动。 (2

8、)大半圆弧的有效长度与小半圆弧及直导线大半圆弧的有效长度与小半圆弧及直导线ab、cd的总有效长度相同的总有效长度相同 ，电流方向相反，由，电流方向相反，由FBIL和左手定则可以判断导线框两部分所受的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。线框自身的重力大小。 答案答案(1)从上往下看，导线框将顺时针转动从上往下看，导线框将顺时针转动(2)导线框静止等于导导线框静止等于导 线框自身的重力大小线框自身的重力大小解析显隐解析显隐 【备选备选】 一个可以自由运动的

9、线圈一个可以自由运动的线圈L1和一个和一个 固定的线圈固定的线圈L2互相绝缘垂直放置互相绝缘垂直放置,且两个线圈且两个线圈 的圆心重合的圆心重合,如图示如图示.当两线圈中通以图示方向当两线圈中通以图示方向 的电流时的电流时,从左向右看从左向右看,线圈线圈L1将将(). A不动不动 B顺时针转动顺时针转动 C逆时针转动逆时针转动 D在纸面内平动在纸面内平动 方法一方法一(电流元分析法电流元分析法)把把L1看成无数段直线电流元看成无数段直线电流元,电流元处在电流元处在 L2产生的磁场中产生的磁场中,由左手定则判断各电流元所受安培力，由所受合由左手定则判断各电流元所受安培力，由所受合 力判断力判断L

10、1转动情况转动情况 方法二方法二(等效分析法等效分析法)把把L1等效为小磁针等效为小磁针,它处于环形电流它处于环形电流I2的中的中 心心,由由I2的磁场方向即可判断线圈的磁场方向即可判断线圈L1的转动方向的转动方向 方法三方法三(利用结论法利用结论法)环形电流环形电流I1、I2之间不平行之间不平行,则必有相对转动则必有相对转动, 直到电流同向平行为止直到电流同向平行为止,据此可判断线圈据此可判断线圈L1转动情况转动情况. 审题析疑审题析疑 转解析转解析 解析解析方法一方法一(电流元分析法电流元分析法)把线圈把线圈L1沿水平转动轴分成上下两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

11、线电流元，电流元处在部分，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，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将顺将顺 时针转动时针转动 方法二方法二(等效分析法等效分析法)把线圈把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于等效为小磁针，该小磁针刚好处于 环形电流环形电流I2的中心，小磁针的的中

12、心，小磁针的N极应指向该点环形电流极应指向该点环形电流I2的磁场方的磁场方 向，由安培定则知向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等等 效成小磁针后，转动前，效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的极指向纸内，因此小磁针的N极应由指极应由指 向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动将顺时针转动 方法三方法三(利用结论法利用结论法)环形电流环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转之间不平行，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，线动，直到两环形电流同向

13、平行为止，据此可得，从左向右看，线 圈圈L1将顺时针转动将顺时针转动 答案答案B 转原题转原题 三、方法总结三、方法总结 3.方法总结方法总结 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：研究对象： 通电导线或导体通电导线或导体 明确明确导体所在位置的导体所在位置的 磁场分布情况磁场分布情况 利用利用 左手定则左手定则 导体的受导体的受 力情况力情况 确定确定 导体的运动方向或导体的运动方向或 运动趋势的方向运动趋势的方向 变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯 视图等，并画出平面受力分析图，其中视图

14、等，并画出平面受力分析图，其中 安培力的方向要注意安培力的方向要注意F安 安 B、F安 安 I. 反思总结反思总结 方法方法 总结总结 判断通电导体运动问题时应注意的两点判断通电导体运动问题时应注意的两点 (1)同一问题可以用多种判断方法分析，可以根据不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化，要根据受力情况进行判断 【变式训练变式训练5】如图示如图示,台秤上放一光滑平板台秤上放一光滑平板,其左边固其左边固 定一挡

15、板定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来, 此时台秤读数为此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定，现在磁铁上方中心偏左位置固定 一导体棒一导体棒,当导体棒中通以方向如图所示的电流后当导体棒中通以方向如图所示的电流后,台台 秤读数为秤读数为F2,则以下说法正确的是则以下说法正确的是() A弹簧长度将变长弹簧长度将变长 B弹簧长度将变短弹簧长度将变短 CF1F2 DF1F2 对导体棒与对导体棒与 磁铁分别进磁铁分别进 行受力分析行受力分析 解析解析如图甲所示如图甲所示,导体棒处的磁场方向指向右上方导体棒处的磁场方向指向右上方,根据左手定根据左手

16、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，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，所以根据牛顿第三定律，对条形磁铁受力分析，如图乙所示，所以 FN1FN2即台秤示数即台秤示数F1F2，在水平方向上，由于，在水平方向上，由于F有向左的分有向左的分 力，磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短。力，磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短。 答案答案BC解析显隐解析显隐 四、跟踪训练四、跟踪训练 4.跟踪训练跟踪训练 【跟踪训练跟踪训练】 直导线直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距 离，其中

17、直导线固定，线圈可自由运动，当通过如图所示的电离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当通过如图所示的电 流方向时流方向时(同时通电同时通电)，从左向右看，线圈将，从左向右看，线圈将() A不动不动 B顺时针转动，同时向右平移顺时针转动，同时向右平移 C顺时针转动，同时向左平移顺时针转动，同时向左平移 D逆时针转动，同时向右平衡逆时针转动，同时向右平衡 解析解析用安培定则判断线圈所处的用安培定则判断线圈所处的B的方向，由左手定则及特的方向，由左手定则及特 殊位置法判定运动情况殊位置法判定运动情况 答案答案B 先判断直导线先判断直导线ab产生的磁场方向及产生的磁场方向及 分布，再由左手定则判定线圈所

18、受分布，再由左手定则判定线圈所受 安培力及运动情况安培力及运动情况. 外外 里里 解析显隐解析显隐 【跟踪训练跟踪训练】：如图所示，把一重力如图所示，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线通入图示方向的电流I时，导线的运时，导线的运 动情况是动情况是(从上往下看从上往下看)() A. 顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降 B. 顺时针方向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升 C. 逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降 D. 逆时针方向转

19、动，同时上升逆时针方向转动，同时上升 转解析转解析 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 法的灵活运用法的灵活运用 解析：解析： (1)电流元法：电流元法： 如图示如图示,把直线电流等效为把直线电流等效为AO、OO、OB三段三段(OO段极短段极短)电

20、流电流 元元,由于由于OO段电流方向与该处磁场方向平行段电流方向与该处磁场方向平行,所以不受安培力作所以不受安培力作 用；用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上段电流元所在处的磁场方向倾斜向上,根据左手定则可知根据左手定则可知 其所受安培力方向垂直于纸面向外；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段电流元所在处的磁场 方向倾斜向下方向倾斜向下,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 上可知导线将以上可知导线将以OO段为轴顺时针转动段为轴顺时针转动(俯视俯视) (2)特殊位置法：特殊位置法： 把导线转过把导线转过90时的特殊位置来分析

21、，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导线在顺时针转动的同时向下运动综 上所述，选项上所述，选项A正确正确 答案：答案： A 转原题转原题 【跟踪训练跟踪训练】一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的 上方上方,如图示如图示,如果直导线可以自由地运动且通以由如果直导线可以自由地运动且通以由a到到b的电流的电流,则则 关于导线关于导线ab受磁场力后的运动情况受磁场力后的运动情况,下列说法正确的是下列说法正确的是() A从上向下看顺时针转动并靠近螺线管从上向下看顺

22、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从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 转解析转解析 注意多种分注意多种分 析方法的灵析方法的灵 活运用活运用 解析解析方法一：电流元法方法一：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

23、动，当转过图所示，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，还要靠近螺线管，D对。对。 方法二：结论法方法二：结论法 结论结论1：两电流相互平行时无转动趋势，：两电流相互平行时无转动趋势， 电流方向相同时相互吸引，电流方向相同时相互吸引， 电流方向相反时相互排斥。电流方向相反时相互排斥。 结论结论2：两电流不平行时，将发生转动，：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。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

24、离导线近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此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线,由结论由结论2可知导线可知导线ab受受 磁场力后磁场力后(从上向下看从上向下看)逆时针转动并靠近螺线管，逆时针转动并靠近螺线管，D对。对。 答案答案D 转原题转原题 【跟踪训练跟踪训练】 如图示为电磁轨道炮的工作原理图如图示为电磁轨道炮的工作原理图.待发射弹体与待发射弹体与 轨道保持良好接触轨道保持良好接触,并可在两平行轨道之间无摩擦滑动并可在两平行轨道之间无摩擦滑动.电流从一电流从一 条轨道流入条轨道流入,通过弹体后从另

25、一条轨道流回通过弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹轨道电流可形成在弹 体处垂直于轨道平面的磁场体处垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场可视为匀强磁场),磁感应强度的大小磁感应强度的大小 与电流与电流I成正比成正比.通电的弹体在安培力的作用下离开轨道通电的弹体在安培力的作用下离开轨道,则下列说则下列说 法正确的是法正确的是(). A弹体向左高速射出弹体向左高速射出 BI为原来的为原来的2倍，弹体射出的速度也为原来的倍，弹体射出的速度也为原来的2倍倍 C弹体的质量为原来的弹体的质量为原来的2倍，射出的速度也为原来的倍，射出的速度也为原来的2倍倍 D轨道长度轨道长度L为原来的为原来的4倍，弹

26、体射出的速度为原来的倍，弹体射出的速度为原来的2倍倍 转解析转解析 转原题转原题 【跟踪训练跟踪训练】电磁炮的基本原理如图示电磁炮的基本原理如图示,把待发射的炮弹把待发射的炮弹(导体导体) 放置在匀强磁场中的两条平行导轨放置在匀强磁场中的两条平行导轨(导轨与水平方向成导轨与水平方向成角角)上，上， 磁场方向和导轨平面垂直，若给导轨以很大的电流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，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度射出去已知匀强磁场的磁感应强度为B，两导轨

27、间的距离为，两导轨间的距离为 L,磁场中导轨的长度为磁场中导轨的长度为s，炮弹的质量为，炮弹的质量为m，炮弹和导轨间摩擦，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,要想提高炮弹发射要想提高炮弹发射 时的速度时的速度v0，从设计角度看可以怎么办？，从设计角度看可以怎么办？(通过列式分析，加以通过列式分析，加以 说明说明) 转解析转解析 转原题转原题 五、真题演练五、真题演练 5.真题演练真题演练 【真题真题】(2012海南单科，海南单科，10)如图所示的装置可演示磁场对通电如图所示的装置可演示磁场对通电 导线的作用导线的作用.电磁铁上下两磁极之间

28、某一水平面内固定两条平行金电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金 属导轨属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆.当电磁铁线圈两端当电磁铁线圈两端a、 b，导轨两端，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导便在导 轨上滑动下列说法正确的是轨上滑动下列说法正确的是(). A若若a接正极，接正极，b接负极，接负极，e接正极，接正极，f接负极，则接负极，则L向右滑动向右滑动 B若若a接正极，接正极，b接负极，接负极，e接负极，接负极，f接正极，则接正极，则L向右滑动向右滑动 C若若a接负极，接负极，b接正极，接正极，e接正极，接正极，f接负极，则接负极，则L向左滑动向左滑动 D若若a接负极，接负极，b接正极，接正极，e接负极，接负极，f接正极，则接正极，则L向左滑动向左滑动 审题导析审题导析 1.先根据先根据a、b接电源正负极的不同，判断接电源正负极的不同，判断 出电磁铁的磁场方向出电磁铁的磁场方向. 2.再有再有e、f接电源正负极的方式，判定通接电源正负极的方式，判定通 电导线电导线L中电流流向中电流流向. 3.最后由左手定则判定最后由左手定则判定L受安培力方向受安培力方向. 解析解析若若a接正极，接正极，b接负极，电磁铁磁极接负极，电磁铁