第1章 习题课2 安培力作用下导体的力电简单综合问题-（课件）2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【南方凤凰台·5A新学案】人教版（安徽版）

第一章　安培力与洛伦兹力 习题课2　安培力作用下导体的力电简单综合问题 第1页 第一章　安培力与洛伦兹力 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 核心 目标 1. 理解求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路和关键点，会求解平衡问题． 2. 知道求解安培力与力学、电路知识的综合应用问题的一般步骤，能求解简单的综合问题. 关键能力·分析应用 分类悟法 考向1　安培力作用下通电导体的平衡问题 1. 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 (1) 选定研究对象——通电导线或通电导体棒． (2) 变三维为二维，作出侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I. (3) 列平衡方程或用合成、分解法进行求解． 2. 求解关键 (1) 电磁问题力学化． (2) 立体图形平面化．常见情境如下： 　(多选)(2022·安徽合肥第八中学)如图所示，倾角为α的粗糙绝缘斜面处于垂直斜面向下的匀强磁场中，在斜面上有一根有效长度为L、质量为m、水平放置的导体棒，当导体棒中分别通入方向相同的电流I1、I2时，导体棒均能沿斜面匀速运动．已知I1<I2，重力加速度为g，则下列说法中正确的是( ) 　 BC 　如图所示，水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L＝0.2 m，现垂直于导轨放置一根质量为m＝0.06 kg 的金属棒ab，M和P之间接入一恒流源，回路中电流大小恒定为I＝2 A，在导轨间加一个范围足够大的匀强磁场且磁场方向始终与导体棒垂直，方向与水平面间夹角θ可调，取g＝10 m/s2，sin37°＝0.6. (1) 当磁感应强度的大小B＝0.3 T，方向与水平方向成30°角时，ab棒处于静止状态，求ab棒受到的摩擦力大小． 解析：根据平衡条件可得，ab棒受到的摩擦力大小为 f＝BILsin30°＝0.06 N 　 (2) 若要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？ (3) 若导体棒与轨道间的动摩擦因数μ＝0.75，磁场方向斜向左下方，请你讨论磁场方向与水平方向夹角在哪个范围内，不管磁感应强度多大，导体棒都不会运动． 解析：由题意，当磁场斜向左下方时，设磁场方向与水平方向的夹角为α时，不管磁感应强度多大，导体棒都不会运动，根据平衡条件可得 μ(mg＋BILcosα)≥BILsinα≥0 当B足够大时，有μBILcosα≥BILsinα≥0 解得0≤α≤37° 即磁场方向与水平方向夹角在0≤α≤37°内，不管磁感应强度多大，导体棒都不会运动． 考向2　安培力与力学、电路知识的综合应用 1. 安培力F＝BIL与电流有关，电流由闭合电路欧姆定律决定，安培力与闭合电路的综合题也是一个重要考点． 2. 安培力与重力、弹力、摩擦力一样，会使通电导体在磁场中运动，也会涉及做功与能量问题，除牛顿运动定律，也可用动能定理和能量守恒定律求解． 3. 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．分析的一般步骤是： (1) 明确研究对象，这里的研究对象一般是通电导体． (2) 正确进行受力分析并画出导体的受力分析图，必要时画出侧视图、俯视图等． (3) 根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程． (4) 运用平衡条件或动力学知识或能量守恒，结合运动规律列式求解． 　 如图所示的匀强磁场的磁感应强度大小为2 T，方向与水平面夹角为θ(sinθ＝0.6)，质量为0.4 kg、长为0.5 m的金属棒PQ垂直磁场放在水平面上，金属条与水平面间的动摩擦因数为0.25，当给金属条通入大小为4 A、由P流向Q的电流时，金属条的加速度大小为(取g＝10 m/s2)( ) A. 0 B. 2.5 m/s2 C. 4.5 m/s2 D. 5.5 m/s2 解析：导体棒所受到的安培力F＝BIL＝2×4×0.5 N＝4 N，安培力方向垂直于PQ斜向右上，对导体棒进行受力分析，根据牛顿第二定律Fsinθ－μ(mg－Fcosθ)＝ma，可得加速度a＝5.5 m/s2，故选D. 　 D 　 (2022·广东佛山第一中学)如图所示，两平行金属导轨的距离 L＝0.4 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B1＝0.5 T 、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5 V 、内阻r＝0.50 Ω的直流电源．现把一个质量 m＝0.04 kg 的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R＝2.5 Ω.金属导轨的其它电阻不计，取g＝10 m/s2，si