第1章 拓展课一 安培力作用下导体的运动（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（鲁科版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物体的平衡和加速问题。 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转换研究对象分析安培力的方法。 [对应学生用书P6] 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情况的常用方法 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导线的运动方向 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，从而确定其运动的方向 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，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 如图所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向的电流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 (1)画出磁感线分布； (2)选取一段具有代表性的导线作为电流元； (3)确定电流元所受安培力的方向； (4)根据电流元所受安培力的方向得出结论 C　解析：如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分。中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；左端一段导线所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则可知其受力方向向外；右端一段导线所在处的磁场方向斜向下，受力方向向里。当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看，导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C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：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，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将顺时针转动。 (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，因此应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。 (方法三：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，因此从左向右看，线圈L1将顺时针转动。 判断导体在磁场中运动情况的常规思路 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，此类问题可按下列步骤进行分析： (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) ►方法技巧 1．转化——将立体图转化为平面图 选研究对象，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 转化 ⇩ ⇩ ⇩ 平面图 2.标注——物理量方向 将题中的角度、电流方向、磁场方向以及安培力的方向标在图上。 3．分析——受力分析 对导体棒进行受力分析，注意分析由于电流的大小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。 4．求解——列方程 根据共点力的平衡条件或牛顿运动定律列出平衡方程，结合其他辅助方程求解。 ►对点例练 如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一平行金属导轨，导轨间距离l＝0.25 m，两导轨间接有滑动变阻器R和电动势E＝12 V、内阻不计的电池。垂直导轨放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数μ＝。整个装置放在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8 T。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在导轨上？(导轨与金属棒的电阻不计，g取10 m/s2) 　答案：1.6 Ω≤R≤4.