第一章 第二节 安培力的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第二节　安培力的应用 课程内容要求 核心素养提炼 了解安培力在生产、生活中的应用 1．科学思维：探讨应用安培力的器件的设计思想与工作原理 2．科学态度与责任：体会科学技术对社会发展的促进作用 [对应学生用书P6] 探究点一　安培力作用下导体的运动问题 如果将一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触． 讨论： (1)通电后，你会观察到什么现象？ (2)为什么会出现这种现象？ 提示　(1)弹簧上下振动，电路交替通断． (2)通电时，弹簧各相邻线圈通有同向电流，线圈相互吸引，弹簧收缩；由于弹簧收缩，电路断开，相互吸引力消失，电路又接通．这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断． 1．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 2．求解安培力作用下导体的运动问题的基本思路 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　[解法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． 解法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． 解法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．] [训练1]　如图所示，一重为G1的通电圆环置于水平桌面上，圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看)，在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁，磁铁的中心轴线通过圆环中心，磁铁的上端为N极，下端为S极，磁铁自身的重力为G2.则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F′的大小，下列关系中正确的是(　　) A．F＞G1，F′＞G2　　　　　　　　B．F＜G1，F′＞G2 C．F＜G1，F′＜G2 D．F＞G1，F′＜G2 D　[顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的小磁针，由安培定则可知，小磁针的N极向下，S极向上，故与磁铁之间的相互作用力为斥力，所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1磁铁对轻绳的拉力F′将小于磁铁的重力G2，选项D正确．] [训练2]　如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示中向右方向的电流 I时，导线的运动情况是(从上往下看)(　　) A．顺时针方向转动，同时下降 B．顺时针方向转动，同时上升 C．逆时针方向转动，同时下降 D．逆时针方向转动，同时上升 A　[(电流元法)把直线电流等效为AO、OB两段电流，由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外，OB段受力方向垂直纸面向内，因此，从上向下看，AB将以中心O为轴顺时针转动．(特殊位置法)当导线转过90°时，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动．A正确．] 探究点二　安培力的应用 1．电流天平 如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度．天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面．当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的法码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡．由此可知(　　) A．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 B．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 C．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 D．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 B　[因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面