第1章 拓展课1 安培力作用下导体的运动（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

拓展课一　安培力作用下导体的运动 核心素养 物理观念 科学思维 1.会熟练应用左手定则判断安培力的方向和导 体的运动方向。 2．能分析通电导体在安培力作用下的平衡和加速问题。 1.会将立体图形转换为平面图进行受力分析。 2．掌握应用牛顿第三定律通过转换研究对象分析安培力的方法。 [对应学生用书P7] 探究点一　安培力作用下导体的运动问题　(科学思维之提升)_ ►要点归纳 分析导体在磁场中运动方向的常用方法 电流元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动的方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 结论法 两平行直线电流相互作用时，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 ►对点例练 (2022·河南洛阳高二期末)如图所示，用细弹簧把一根硬直导线ab挂在蹄形磁铁磁极的正上方，磁铁的左端为N极，右端为S极，开始时导线处于水平静止状态，当导线中通以由a向b的电流时，导线ab的运动情况是(从上往下看)(　　) A.顺时针方向转动，同时上升 B.顺时针方向转动，同时下降 C.逆时针方向转动，同时上升 D.逆时针方向转动，同时下降 D　解析：在导线两侧取两小段，左边一小段所受安培力的方向垂直纸面向外，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，从上往下看，导线逆时针转动，当转动90°时，导线所受安培力的方向向下，所以导线的运动情况为逆时针转动，同时下降，A、B、C错误，D正确。 [练1] 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合。当两线圈通以如图所示的电流时，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．向纸面内平动 B　解析：(方法一：直线电流元分析法)把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直流电流元，电流元处在L2产生的磁场中，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，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看，线圈L1顺时针转动。 (方法二：等效分析法)把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后，在转动之前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动。 (方法三：利用结论法)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，据此可得：从左向右看，线圈L1顺时针转动。 判断导体在磁场中运动的常规思路 不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析： (1)确定导体所在位置的磁场分布情况。 (2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向。 (3)由导体的受力情况判定导体的运动状态 探究点二　安培力作用下导体的平衡和加速问题　(科学思维之提升) ►要点归纳 1．将立体图转化为平面图 安培力作用下的平衡问题，题目给出的一般是立体图，如果把受到的力直接画在导体棒上，则较为抽象，不利于问题的求解，一般把抽象的立体图转换为直观的平面图，常见情境如下。 立 体 图 平 面 图 2．将题中的角度、电流方向、磁场方向标在图上，根据左手定则准确判断安培力的方向。 3．进行受力分析，注意不要漏掉安培力。同时，当存在静摩擦力时，要注意分析由于电流大小的变化而引起的安培力的变化以及安培力的变化导致的静摩擦力大小和方向的变化，此过程往往存在临界问题。 4．根据共点力的平衡条件列出平衡方程，结合其他辅助方程求解。 ►对点例练 (2022·河南开封二模)如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流I时，水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上，空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若电流和磁场的方向均不变，仅将磁感应强度的大小变为4B，重力加速度为g，则此时(　　) A.金属细杆中的电流方向垂直于纸面向外 B.金属细杆受到的安培力大小为4BIL sin θ C.金属细杆对斜面的压力大小变为原来的4倍 D.金属细杆将沿斜面加速向上运动，加速度大小为3g sin θ D　解析：金属细杆受到重力、斜面的支持力和安培力而平衡，安培力垂直于B，只能水平向右，由左手