物理人教选修31课件第三章第5讲习题课安培力的综合应用

1、第5讲习题课：安培力的综合应用,第三章磁 场,1.会判断安培力作用下物体的运动方向. 2.会分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡问题. 3.会求安培力作用下导体棒的瞬时加速度,目标定位,二、安培力作用下的导体的平衡,三、安培力和牛顿第二定律的结合,栏目索引,一、安培力作用下物体运动方向的判断方法,对点检测 自查自纠,一、安培力作用下物体运动方向的判断方法,知识梳理,1.电流元法 即把整段通电导体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所受安培力的方向，从而判断出整段通电导体所受合力的方向. 2.特殊位置法 把通电导体或磁铁放置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

2、运动方向. 3.等效法 环形导线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导线或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形导线来分析.,4.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电流方向相同的趋势. 5.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，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力.,典例精析,例1如图1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

3、，当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AB B.逆时针方向转动同时离开导线AB C.顺时针方向转动同时离开导线AB D.逆时针方向转动同时靠近导线AB,图1,解析答案,方法点拨,解析(1)根据电流元分析法，把导线CD等效成CO、OD两段导线.由安培定则画出CO、OD所在位置由AB导线中电流所产生的磁场方向，由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示，可见导线CD逆时针转动.,(2)由特殊位置分析法，让CD逆时针转动90，如图乙所示，并画出CD此时位置AB导线中电流所产生的磁感线分布，据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里，可见导线CD靠

4、近导线AB，故D选项正确.,答案D,方法点拨,方法点拨,不管是通电导体还是磁体，对另一通电导体的作用都是通过磁场来实现的.因此必须先画出导体所在位置的磁感线方向，然后用左手定则判断导体所受安培力的方向进而再判断将要发生的运动.,返回,例2如图2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.当线圈内通以图示方向的电流(从右向左看沿逆时针方向)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,图2,解析答案,解析将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A.也可

5、将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”也可判断出线圈向左运动，选A.,答案A,返回,知识梳理,二、安培力作用下的导体的平衡,1.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)正确受力分析(包括安培力)，然后根据平衡条件：F合0列方程求解.,2.分析求解安培力时需要注意的问题 (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)安培力大小与导体放置的角度有关，但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况，其中L为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度.,例3如图3所示

6、，质量m0.1 kg、电阻R9 的导体棒静止于倾角为30的斜面上，导体棒长度L0.5 m.导轨接入电动势E20 V，内阻r1 的电源，整个装置处于磁感应强度B0.5 T，方向竖直向上的匀强磁场中.求：(取g10 m/s2),图3,(1)导体棒所受安培力的大小和方向；,由左手定则可知安培力的方向水平向右.,答案0.5 N水平向右,解析答案,(2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向.,解析建立如图所示的坐标系，分解重力和安培力.在x轴方向上，设导体棒所受的静摩擦力大小为Ff，方向沿斜面向下. 在x轴方向上有： mgsin FfF安cos ， 解得Ff0.067 N. 负号说明静摩擦力的方向与假设的方向

7、相反，即沿斜面向上.,答案0.067 N沿斜面向上,返回,解析答案,总结提升,返回,总结提升,解决安培力作用下的受力平衡问题，受力分析是关键，解题时应先画出受力分析图，必要时要把立体图转换成平面图.,三、安培力和牛顿第二定律的结合,知识梳理,解决安培力作用下的力学综合问题，做好全面受力分析是前提，其中重要的是不要漏掉安培力，其次要根据题设条件明确运动状态，再根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解.,典例精析,返回,例4如图4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

8、静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小.,图4,解析答案,解析受力分析如图所示，导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F， 由牛顿第二定律： mgsin Fcos ma FBIL,由式可得,返回,对点检测 自查自纠,1,2,3,4,1.(安培力作用下导体的运动)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5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,图5,解析同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线

9、圈间的相互作用力必大小相等，选项B正确.,B,解析答案,1,2,3,4,2.(安培力作用下导体的运动)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6所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力的作用后的运动情况为() 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,图6,解析答案,1,2,3,4,解析先由安培定则判断通电螺线管的南、北两极，找出导线左、右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图(a)所示. 可以判断导线受

10、到磁场力作用后从上向下看按逆时针方向转动，再分析此时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线所受磁场力的方向，如图(b)所示，导线还要靠近螺线管，所以D正确，A、B、C错误.,(a)(b),答案D,1,2,3,4,3.(安培力作用下导体的平衡)如图7所示，一根长L0.2 m的金属棒放在倾角37的光滑斜面上，并通过I5 A的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度B0.6 T，竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin 370.6，cos 370.8),图7,解析答案,1,2,3,4,解析从侧面对棒受力分析如图，安培力的方向由左手定则判断出为水平向右， FILB50.20.6 N0.6 N.,答案0.8 N,1,2,3,4,返回,4.(安培力和牛顿第二定律的结合)澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到