(讲义)第1章 素养提升课1 安培力作用下导体的运动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

素养提升课(一)　安培力作用下导体的运动 1．会分析安培力作用下导体的运动情况。 2．会将立体图形转换为平面图进行受力分析。 3．能分析通电导体在安培力作用下的平衡和加速问题。 　安培力作用下导体的运动情况 1．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。 2．五种常用方法 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，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，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°)，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，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；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力，从而确定磁体所受合力及运动方向 【典例1】　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KLMN所示的回路，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边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动 [思路点拨]　(1)把整段电流等效为多段直线电流元。 (2)用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向。 (3)判断整段电流所受合力的方向。 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边平行，所以KN边、LM边均不受力。根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D正确。] [跟进训练] 1．(2022·江苏卷)如图所示，两根固定的通电长直导线a、b相互垂直，a平行于纸面，电流方向向右，b垂直于纸面，电流方向向里，则导线a所受安培力方向(　　) A．平行于纸面向上 B．平行于纸面向下 C．左半部分垂直纸面向外，右半部分垂直纸面向里 D．左半部分垂直纸面向里，右半部分垂直纸面向外 C　[根据安培定则，可判断出导线a左侧部分的空间磁场方向斜向右上，右侧部分的磁场方向斜向下方，根据左手定则可判断出导线a左半部分所受安培力方向垂直纸面向外，右半部分所受安培力方向垂直纸面向里，故C正确。] 　安培力作用下导体的平衡和加速 1．求解安培力作用下导体平衡问题的基本思路 (1)选定研究对象——通电导线或通电导体棒。 (2)变三维为二维，作出如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出其平面内的受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I。 如图所示。 (3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解。 2．求解关键 (1)电磁问题力学化。 (2)立体图形平面化。 3．安培力作用下导体的分析技巧 (1)安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析示意图。 (2)安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度。 【典例2】　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，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，为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？(g取10 m/s2) [思路点拨]　(1)首先将立体图转换成平面图，对杆受力分析。 (2)杆所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。 (3)杆静止不动的临界条件是摩擦力刚好达到最大静摩擦力。 [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－mgsin θ－=0 FN－mg cos θ＝0 ＝μFN，F1＝BImaxd 解上述方程得：Imax＝0.46 A 根据乙图列式如下： －mg sin θ＝0 FN－mg cos θ＝0 ＝μFN，F2＝BImind 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 [跟进训练] 2．(2022·重庆一