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

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 关键能力·分析应用 BC D B D Thank you for watching 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. 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： 立体图 平面图 　(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( ) A. 通入电流I1时导体棒沿斜面向上运动 B. 匀强磁场的磁感应强度为 eq \f(2mgsinα,I1＋I2L) C. 导体棒与斜面间的动摩擦因数为 eq \f(I2－I1tanα,I1＋I2)　 D. 若电流I1<I3<I2，通入电流I3时也能使导体棒沿斜面做匀速直线运动 解析：由题意可知通入电流I1和I2时，导体棒均能沿斜面匀速运动，且I1<I2，电流小时导体棒受到的安培力小，故通入电流I1时导体棒沿斜面向下运动，通入电流I2时导体棒沿斜面向上运动，A错误；两种情况下，导体棒均匀速运动，均处于平衡状态，由平衡条件可知导体棒沿斜面向下运动时，有mgsinα＝BI1L＋μmgcosα，导体棒沿斜面向上运动时，有 BI2L＝mgsinα＋μmgcosα，联立解得μ＝eq \f(I2－I1tanα,I1＋I2)，B＝eq \f(2mgsinα,I1＋I2L)，B、C正确；因I1和I2可分别使导体棒沿斜面向下或向上做匀速直线运动，而根据磁场方向可知安培力一定在沿斜面方向，摩擦力大小不变，重力沿斜面分力不变，故不存在其它电流让导体棒做匀速直线运动，D错误． 　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？ 解析：根据平衡条件可得，ab棒受到的支持力大小为N＝mg－BILcosθ 当N＝0时，有B＝eq \f(mg,ILcosθ) 当θ＝0时，B有最小值为Bmin＝eq \f(mg,IL)＝1.5 T 即B的大小至少为1.5 T，此时B的方向为水平向右． (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．