第1章 章末综合提升— 2020-2021同步新教材人教版（2019）高中物理选择性必修第二册讲义

[巩固层·知识整合] [提升层·能力强化] 有关安培力问题的分析与计算 安培力既可以使通电导体静止、运动或转动，又可以对通电导体做功，因此有关安培力问题分析与计算的基本思路和方法与力学问题一样，先取研究对象进行受力分析，判断通电导体的运动情况，然后根据题中条件由牛顿定律或动能定理等规律列式求解。具体求解应从以下几个方面着手分析： 1．安培力的大小 (1)当通电导体和磁场方向垂直时，F＝IlB。 (2)当通电导体和磁场方向平行时，F＝0。 (3)当通电导体和磁场方向的夹角为θ时，F＝IlBsin θ。 2．安培力的方向 (1)安培力的方向由左手定则确定。 (2)F安⊥B，同时F安⊥l，即F安垂直于B和l决定的平面，但l和B不一定垂直。 3．安培力作用下导体的状态分析 通电导体在安培力的作用下可能处于平衡状态，也可能处于运动状态。对导体进行正确的受力分析，是解决该类问题的关键。 【例1】　如图所示，电源电动势E＝2 V，内阻r＝0.5 Ω，竖直导轨宽L＝0.2 m，导轨电阻不计。另有一质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω的金属棒，它与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，靠在导轨的外面。为使金属棒不滑动，施加一与纸面夹角为30°且与金属棒垂直指向纸里的匀强磁场(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2)。求： (1)此磁场的方向； (2)该磁场的磁感应强度B的取值范围。 [解析]　(1)要使金属棒静止，安培力应斜向上指向纸里，画出由a→b的侧视图，并对棒ab受力分析如下图所示。经分析知磁场的方向斜向下指向纸里。 甲　　　　　　乙 (2)如图甲所示，当ab棒有向下滑的趋势时，受静摩擦力向上为Ff，则： Fsin 30°＋Ff－mg＝0 F＝B1IL Ff＝μFcos 30° I＝ 联立四式并代入数值得B1＝3.0 T。 当ab棒有向上滑的趋势时，受静摩擦力向下为Ff′，如图乙所示，则： F′sin 30°－Ff′－mg＝0 Ff′＝μF′cos 30° F′＝B2IL I＝ 可解得B2＝16.3 T。 所以若保持金属棒静止不滑动，磁感应强度应满足3.0 T≤B≤16.3 T。 [答案]　(1)斜向下指向纸里　(2)3.0 T≤B≤16.3 T [一语通关]　　 解答安培力问题的一般步骤 (1)明确研究对象，这里的研究对象一般是通电导体。 (2)正确进行受力分析