第一章 微专题一 安培力作用下的导体平衡和运动-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

物理 选择性必修第二册（人教） 第一章 微专题一 安培力作用下的导体平衡 和运动 安培力作用下的导体平衡 应用一 安培力作用下的导体运动 应用2 微专题·过关集训（一） 1．关于安培力作用下导体棒的平衡问题，题目所给出的图形一般为“立体图”，如果把物体的受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”，即画出“侧视图”。 2．画平面图时应准确标明辅助条件，如磁感应强度B的方向，电流的方向，导体棒端点的名称，磁感应强度B的方向与平面的夹角，磁感应强度B的方向与电流的夹角，线框与水平面或与竖直面之间的夹角等，最后根据安培力方向一定垂直于电流和磁场所决定的平面的特点准确画出安培力的方向。 [例1] 质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，磁感应强度B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，则为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？( 重力加速度g取10 m/s2 ) 解析：如图甲、乙所示是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图。 根据甲图列式如下：F1－mgsinθ－Ff1＝0，FN－mgcosθ＝0，Ff1＝μFN，F1＝ImaxdB， 解上述方程得Imax＝0.46 A； 根据乙图列式如下：F2＋Ff2－mgsinθ＝0，FN－mgcosθ＝0，Ff2＝μFN，F2＝ImindB， 解上述方程得Imin＝0.14 A， 因此电流范围是0.14～0.46 A。 答案：0.14 ～0.46 A 【名师点拨】　对物体进行受力分析时，应注意以下两点 1．受力分析时，将表示磁场的箭头在受力图中标出，便于确定安培力的方向。 2．画完图后，要检查一下，看安培力是否垂直于B、I所决定的平面。 [训练]1．质量为m、长度为l的导体棒MN垂直于导轨放置且静止在水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于电流方向且与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求棒MN所受支持力FN的大小和摩擦力Ff的大小。 解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN受力分析，如图所示。 对导体棒MN由平衡条件得： 水平方向上有Ff＝F sinθ 竖直方向上有FN＝F cosθ＋mg 安培力F＝IlB 联立解得FN＝IlB cosθ＋mg Ff＝IlB sinθ。 答案：IlB cosθ＋mgIlB sinθ 1．判定导体运动情况的基本思路 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。 2．五种常用判定方法 方法 内容 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 左手定则 方法 内容 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，通电螺线管→条形磁铁 结论法 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 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 [例2]如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直于纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图所示的回路KLMN，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路(　　) A．将向左平动 B．将向右平动 C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动 D．KL边将垂直于纸面向外运动，MN边垂直于纸面向里运动 解析：选D。因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边重合，所以KN边、LM边均不受力。根据左手定则可得，KL边受力垂直于纸面向外，MN边受力垂直于纸面向里，故D项正确。 【名师点拨】　判断安培力作用下通电导体的运动方向的思路 1．首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向。 2．根据左手定则确定通电导体(或通电线圈)所受安培力的方向。 3．由通电导体(或通电线圈)的受力情况判断通电导体(或通电线圈)的运动 方向。 [训练] 2.如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关S的瞬间(　　) A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变 B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变 C．A