专题1安培力作用下导体的运动和平衡问题-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册 ）

第一章 安培力与洛伦兹力 专题1 安培力作用下导体的运动和平衡问题 【核心素养目标】 物理观念 从运动和平衡中认识安培力的特点 科学思维 熟练应用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向 科学探究 会分析在安培力作用下的平衡问题 科学态度与责任 会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度． 知识点一　安培力作用下导体运动的判断 【重难诠释】 电流元法 把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可等效成条形磁体或多个环形电流，反过来等效也成立 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(如转过90°角)，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；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，从而确定磁体所受合力及运动方向 【典例精析】 例1．如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁体N极附近，磁体的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面．当线圈内通以图示方向的电流(从右向左看沿逆时针方向)后，线圈的运动情况是(　　) A．线圈向左运动 B．线圈向右运动 C．从上往下看顺时针转动 D．从上往下看逆时针转动 知识点二　安培力作用下导体的平衡 【重难诠释】 1．求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 2．分析求解安培力时需要注意的问题 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安培力方向． (2)安培力大小与导体放置的角度有关，l为导体垂直于磁场方向的长度，即有效长度． 【典例精析】 例2．如图所示，水平导轨间距为L＝0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成α＝53°角；ab与导轨间动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，绝缘细线对ab的拉力沿水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态．已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.求： (1)通过ab的电流； (2)ab受到的安培力大小； (3)重物重力G的取值范围． 知识点三　安培力作用下导体的加速 【重难诠释】 1．解决在安培力作用下导体的加速运动问题，首先对研究对象进行受力分析，其中重要的是不要漏掉安培力，然后根据牛顿第二定律列方程求解． 2．受力分析时，选定观察角度画好平面图，标出电流方向和磁场方向，然后利用左手定则判断安培力的方向． 【典例精析】 例3．如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B、竖直向下的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源．电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m、长度为l的导体棒由静止释放，导体棒与导轨垂直且接触良好，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小．(重力加速度为g) 针对训练 一、单选题 1．如图所示，宽为L的光滑金属导轨与水平面成角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上．空间存在着方向向上的匀强磁场，当回路中电流为I时，金属杆恰好能静止。重力加速度为g，则（　　） A．磁感应强度大小为 B．磁感应强度大小为 C．磁感应强度大小为 D．磁感应强度大小为 2．一根质量为m粗细可忽略长度为l的导体棒静止在一个足够长的光滑绝缘半圆柱体顶端，导体棒中通有垂直纸面向外大小为I的电流，其截面如题图，现让导体棒由静止滑下，一段时间后从某一位置P离开半圆柱体。若给空间加入方向沿半圆柱截面半径指向圆心的磁场（图中未画出），其它条件不变，则导体棒离开半圆柱体的位置在P点的（　　） A．同一位置 B．右下方 C．左上方 D．无法确定 3．如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L、质量为m的通电直导线，电流大小为I，方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，外加磁场磁感应强度的最小值的大小和方向是（　　） A．，方向垂直斜面向下 B．，方向竖直向下 C．，方向水平向左 D．，方向水平向右 4．如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态，要使金属杆能沿导轨向