素养提升课(一)　安培力作用下的平衡和运动问题（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【金版新学案】同步导学（人教版2019）

【核心素养目标】 物理观念 通过平衡问题的处理，加深对安培力大小和方向的分析。 科学思维 掌握安培力作用下导体运动问题的分析方法，培养一定的空间思维能力。 一　安培力作用下导体运动方向的判断 把盛有导电液体的玻璃器皿放在两磁极中间，接通电源后，会看到液体旋转起来。 (1)通电液体为何会旋转，液体的旋转方向如何判断？ (2)如果增大电流，将会看到什么现象？ 提示：　(1)通电液体之所以旋转是因为受到力的作用，其旋转方向可以用左手定则判断。 (2)电流增大，液体旋转加快，说明通电的液体受力变大。 　安培力作用下导体运动情况的判断 电流元法 分割为电流元安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向 特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→运动方向 等效法 环形电流→小磁针 条形磁铁→通电螺线管→多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行位置且电流方向相同的趋势 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 学生用书第8页 一个可以自由运动的线圈L1和一个水平固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示。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．向纸面里平动 B　[方法1：(电流元法)　把线圈L1沿L2所在平面分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2中的电流产生的磁场中，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方向均指向纸外，下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。 方法2：(等效法)　将环形电流I1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的圆心处。由安培定则知I2产生的磁场方向沿其竖直轴线向上，而环形电流I1等效成的小磁针在转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为竖直向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。 方法3：(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，据此可知，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。] 求解安培力作用下导体的运动问题的基本思路 针对练1． (2022·浙江柯桥高二期末)小明在课后用铜丝自制了一个“心”形的线圈，他把一节干电池的正极朝上放在一个强磁铁上，强磁铁的N极朝上，S极朝下，然后把制成的线圈如图所示放在电池上，顶端与电池的正极接触，下部分和磁铁接触，忽略各接触面上的摩擦力，从上往下看，则(　　) A．线圈不会转 B．线圈做顺时针转动 C．线圈做逆时针转动 D．转动方向无法判断 B　[“心”形的线圈，左半部分电流由上到下，磁场的方向有向左的分量，根据左手定则可知，安培力是向内的；“心”形的线圈，右半部分电流也是由上到下，磁场的方向有向右的分量，根据左手定则可知，安培力是向外的，则从上往下看，线圈做顺时针转动，故A、C、D错误，B正确。] 针对练2． (2022·青海海东高二期末)一U形磁铁用轻质柔软细绳悬挂在天花板上，静止在如图所示的位置时绳中的张力大小为FT，现突然在其正下方的导线中通以向左的电流， U形磁铁可绕轻绳自由旋转，从上往下看，下列说法正确的是(　　) A．磁铁顺时针旋转，且FT会变小 B．磁铁逆时针旋转，且FT会变小 C．磁铁顺时针旋转，且FT会变大 D．磁铁逆时针旋转，且FT会变大 C　[由左手定则可知，导线左端受到垂直纸面向外的安培力的作用，而导线右端受到垂直纸面向里的安培力的作用，由牛顿第三定律可知磁铁N极受到导线垂直纸面向里的力，磁铁S极受到导线垂直纸面向外的力，所以磁铁顺时针旋转；当磁铁转过一个角度后，由左手定则可知，导线受到向上的安培力，由牛顿第三定律可知，磁铁受到导线向下的力，则绳子的张力FT变大，故C正确，A、B、D错误。] 二　安培力作用下导体的平衡问题 　一通电导线放置于光滑的斜面上，分别施加如图甲、乙、丙、丁四种情况的磁场，请指出哪些情况导体棒可能保持静止不动，并指出安培力的方向。 提示：　甲图可能，安培力的方向水平向右；乙图可能，安培力的方向竖直向上；丙图不可能，安培力的方向竖直向下；丁图可能，安培力的方向沿斜面向上。 1．安培力作用下的平衡问题的解题步骤 (1)对物体受力分析，画出受力图。安培力作用下导体棒的平衡问题，题目所给的图一般为“立体图”，应把抽象的立体图转换为直观的“平面图”。 (2)根据平衡条件列方程求解，最重要的是在受力分析过程中不要漏了安培力，并注意检查安培力是否垂直于B