第1章 培优课1 安培力作用下导体的运动和平衡问题-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

物理 选择性必修第二册 课堂学案 B.线圈转动时,攀旋弹箭被扭动,阴碍线圈转动 D.若刻度盘最左侧刻度为零,则线圈中所通由 C.当线圈在如图乙所示的位置时,端受到的 流方向只能如图乙所示 安培力方向向上 I反信提示完成Ps课时作业(一) 培优课一 安培力作用下导体的运动和平衡问题 答案精解Pst [学习目标]1.熟练应用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向(物理观念).2.会分析在 安培力作用下的平衡问题(科学思维).3.会结合牛顿第二定律求导体棒的瞬时加速度(科学思维). 课堂 深度探究 考点安培力作用下通电导体的运动 (续表) 1.分析思路 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 (1)不管是电流还是磁体,对通电导体的作用 转换研究 所受的安培力,然后由牛顿第三定律确 都是通过磁场来实现的,因此必须要清楚导体 对象法 定磁体所受电流磁场的作用,从而确定 所在位置的磁场分布情况 磁体所受合力及运动方向 (2)结合左手定则准确判断导体所受安培力的 方向. 【例题1】如图所示,把一重力不计的通电直导线 (3)由导体的受力情况判定导体的运动方向 AB水平放在蹄形磁体磁极的正上方,导线可 2.求解方法 以在空间中自由运动,当导线通以图示方应 电流I时,导线的运动情况是(从上往下看) 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. 电流元法 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 环形电流可等效成小磁针,通电蝶线管 等效法 可等效成条形磁体或多个环形电流,反 A.顺时针转动,同时下降 之等效也成立 B.顺时针转动,同时上升 通过转动通电导线到某个便于分析的特 特殊位 C.逆时针转动,同时下降 殊位置(如转过90角),然后判断其所受 置法 D.逆时针转动,同时上升 安培力的方向,从而确定其运动方向 【变式1】(多选)如图所示,一条形磁体放在水平 两平行直线电流在相互作用过程中,无转 桌面上,在其左上方固定一根与磁体垂直的 动趋势,同向电流互相吸引,异向电流互 结论法 长直导线,当导线通以垂直纸面向里方向的 相排斥;两不平行的直线电流相互作用 电流时,磁体始终处干静止状态,下列判断正 时,有转到平行且电流方向相回的趋势 确的是 ) .8. 第一章 安培力与洛伦兹力 ② 向垂直于ab,与导轨平面成a一53^{}角;ab与 导轨间动摩擦因数为i一0.5(设最大静摩擦 A.磁体对桌面的压力增大,且受到向左的摩 力等于滑动摩擦力),定滑轮摩擦不计,绝缘 擦力作用 细线对ab的拉力沿水平方向,重力加速度g B.磁体对桌面的压力减小;且受到向有的摩 取10m/s,ab处于静止状态,已知sin53{} 擦力作用 0.8,cos53*-0.6.求; C.若将导线移至磁体中点的正上方,电流反 (1)通过棒a的电流; 向,则磁体对桌面的压力会减小 (2)棒ab受到的安培力大小 D.若将导线移至磁体中点的正上方,电流反 (3)重物重力G的取值范围 向,则磁体对桌面的压力会增大 考点②I|安培力作用下导体的平衡或加速 ⊙ 1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 →通电导线(或画电导体林) 画出平而受力分析图,其中安 -培力的方向要用左于定则来判 断。注意fB、F11 →根据力的平衡条件列方程 2.分析求解安培力时需要注意的问题 【变式2】如图所示,光滑的平行导轨倾角为0,处 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方 在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀 向,再根据左手定则判断安培力方向 强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阳为; (2)安培力大小与导体放置的角度有关,/为导 的直流电源.电路中有一阻值为R的电阻,其 体垂直于磁场方向的长度,即有效长度 余电阻不计,将质量为、长度为/的导体样 3.分析导体加速时应注意的问题 由静止释放,导体棒与导勃垂直且接触良好,求 (1)解决在安培力作用下导体的加速运动问 导体棒在释放瞬间的加速度的大小(重力加速 度为g) 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 【例题2】如图所示,水平导轨间距为L一0.5m. 导轨电阻忽略不计;导体棒ab的质量n 1 kg.电阻R=0.9Q.与导轨接触良好;电源 电动势E=10V,内阻,=0.10,电阻R 40:外加匀强磁场的磁感应强度B一5T,方 .9. 物理 选择性必修第二册 课堂学案 课末 随堂演练 1.(安培力作用下导体的运动)如图所示,把轻质 B.逆时针方向转动,同时靠近导线AB 导线圈用绝缘细线悬挂在磁体N极附近,磁体 C.逆时针方向转动,同时远离导线AB 的轴线穿过线圈的圆心目垂直干线圈平面,当 D.顺时针方向转动,同时远离导线AB 线圈内通以图示方向的电流(从右向左看沿逆 3.(安培力作用下的平衡问题)如图所示,用两根 C ) 时针方向)后,线圈的运动情况是 悬线将质量为n、长为/的金属棒ab悬挂在c、 1-. d两处,置于匀强磁场内,当棒中通以从a到; 的电流/后,两悬线偏离竖直方向9角而处干 A.线圈向左运动 平衡状态,为了使棒平衡在该位置上,所需磁 B.线圈向右运动 场的最小磁感应强度的大小、方向为(重力加 速度为g) ( C.从上往下看顺时针转动 - D.从上往下看逆时针转动 2.(安培力作用下导体的运)两条导线互相垂 直,如图所示,但相隔一小段距离,其中AB是 固定的,CD能自由活动,当直流电流按图示方 A.tano,竖直向上 向通过两条导线时,导线CD将(从纸外向纸 1 ( 内看) Btan0,竖直向下 _ D.mgsino.平行悬线向上 I 友情提示 A.顺时针方向转动,同时靠近导线AB 完成P课时作业(二) 第2节 磁场对运动电荷的作用力 答案精解Pss [学习目标]1.通过实验,认识洛伦兹力,了解洛伦兹力在生产、生活中的应用;了解显像管的基本 构造及工作的基本原理(物理观念).2.能判断洛伦兹力的方向,会计算洛伦兹力的大小;经历由安培力 公式推导出洛伦兹力公式的过程,体会模型建构与演绎推理的方法;经历一般情况下洛伦兹力表达式的 得出过程,进一步体会矢量分析的方法(科学思维).3.通过实验探究影响洛伦兹力的方向和大小的因素 (科学探究).4.认识电子束的磁偏转,体会物理知识与科学技术的关系(科学态度与责任). 课前 教材预案 l教材梳理lI (2)与安培力的关系:通电导线在磁场中受到 的安培力是 知识点洛伦兹力的方向 的宏观表现. 2.洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力 左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指重 (1)定义:。 在磁场中受到的力. 直,并且都与手掌在同一个平面内:让 .1·课堂学案答案 第一章 安培力与洛伦兹力 R-2L,AC的有数长度为1=2R=22L,所受安培力大 第1节磁场对通电导线的作用力 小为FA=B1=22B业，由左手定则判断方向，垂直A.C 课前·教材预率 的连线指向左下方，选项C正确. 【教材梳理】 [例题3]D解析根据磁感线疏密表示磁场强弱可知，该磁场 知识点1 的磁感应强度并非处处大小相等，选项A错误：线园与磁 1.通电导线 感线平行，故穿过该线圈的磁通量为零，选项B错误：导 2.磁场方向电流方向磁场方向电流方向 线电流方向垂直纸面向外，所在处磁场方向向右，根据左手 3.从掌心垂直进人电流的方向拇指 定则，所受安培力方向向上，选项C错误：线图转动时，螺旋 知识点2 弹簧被扭动，阻碍线图转动，选项D正确. 1.IIB 2.0 3.BIlsin0 [变式3]C解析电表内的磁场是均匀辐向分布磁场，不是句 知识点3 强磁场，选项A错误；铁芯被磁化变成了磁铁，它的磁场和 1.极靴螺旋弹簧线圈 线圈的磁场同向、相互叠加加强，增大线图与磁场间的作 2.安培力越大偏转方向 用，选项B错误：线圈所受安培力力的大小随电流增大而增 3.半径平行相等4.很弱很弱 大，所以电表中通的电流越大，指针偏转角度越大，选项C 【自主检测】 正确：改变电流方向，线圈所受安培力的方向发生变化，指 1.(1)×(2)/(3)√(4)× 针偏转方向发生改变，选项D错误 2.AC解析当导线与磁场方向平行时，导线受到的安培力为 课末·随堂演练 0,选项A正确：当导线与磁场方向垂直时，导线受到的安培 1,A解析对于电磁铁，根据电池正负极判断线圈电流方向， 力最大，为Bl,选项C正确，BD错误， 运用右手定则判断电磁铁上瑞为N极，下端为S极，选项C、 课堂·深度探究 D错误：对于导体棒，根据电源正负极判断电流方向，并且磁 【情境导学】 场方向向下，运用左手定则可知导体棒所受安培力向右，故 答案受力的方向改变；受力的方向改变. 导体棒ab向右运动，选项B错误，A正确. [例题1门C解析A图，电流的方向向上，让磁场垂直于左手 2.BCD解析根据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电 掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选 流I方向垂直时，磁场力有最大值为F=Bl=0.5X2X 项A错误：B图，电流的方向与磁场的方向平行，电流不受 0.2N=0.2N:而当两者方向平行时，磁场力有最小值为0： 安培力的作用，选项B错误：C图，电流的方向向右，让磁场 随着两者方向央角的不同，磁场力大小可能在0.2N与0之 垂直于左手掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方 间取值， 向向上，选项C正确；D图，电流的方向向里，让磁场垂直于 3.C解析安培力公式F-BI1,其中I1为垂直于磁场方向的 左手掌心穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选 有效长度，a,b、c,d四个图中导线的有效长度相等，所以所受 项D错误 的安培力大小相等，选项C正确. [变式门A解析在开关S接道后，线圈中电流由左侧流入， 4.C解粝磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平 由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场 面平行，选项A正确：当通电后，处于磁场中的线圈受到安 方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向竖直向 培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力， 上，选项A正确。 从而阻碍线图转动，选项B正确：由左手定则可判定，当线图 【情境导学】 转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，选项C 答案F一BI:0:将磁感应强度B沿平行导线方向和垂直导线 错误：由左手定则可判定，如图乙所示的位置，b端受到的安 方向进行分解，如图所示，则B1=Bsin0,F=B.Il=IIBsin 0. 培力方向向下，端受到的安培力方向向上，因此安培力使 线圈沿顺时针方向转动，因刻度盘最左侧刻度为零，故线图 中所通电流方向只能如图乙所示，选项D正确. 培优课一安培力作用下导体的运动和平衡问题 课堂·深度探究 [例题2]C解析棒MN在磁场中有效电流的长度L= [例题1门C解析如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分. sin 0' 中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力：左端 尉F=BL-选项C正流 段所在处的磁场方向斜向右上，根据左手定则知其受力方 [变式幻C侣团由于四分之一国教的长度为L-2坐，中 向向外：右端一段所在处的磁场方向斜向右下，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 154· 行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线：2.B解析两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电 将一边逆时针转动，一边向下运动，选项C正确 流方向相同的趋势，假设CD导线转过90°，此时两电流为同 向电流，相互吸引.所以导线D逆时针方向转动，同时靠近 导线AB,选项B正确，A、C、D错误. 3.D解析画出题中装置从右向左看的侧视图，棒的受力分析 如图所示，要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时 所受的安培力最小，由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不 变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为F= [变式1门AC解析根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电 mgsin0,即B=mgsin0,得R=im,方向平行悬 流所在位置磁场方向为斜向左下方，再根据左手定则判断 线向上，选项D正确 导线所受安培力方向为斜向左上方，如图所示，根据牛顿第 三定律知，电流对磁体的作用力指向右下方，再结合平衡条 件，可知通电后磁体对桌面的压力增大，静摩擦力方向向 左，选项A正确，B错误：若将导线移至磁体中点的正上方， 电流反向，导线受到的安培力竖直向下，水平方向无作用 力，根据牛顿第三定律可知，磁体受到向上的力，其对桌面 的压力减小，选项C正确，D错误 第2节磁场对运动电荷的作用力 课前·教材预率 【教材梳理】 [例题2]解析(1)由闭合电路的欧姆定律可得，通过棒ab的电 知识点1 E 10 1.(1)运动电荷(2)洛伦兹力 流1一R+R+,一4+0.9+0.A=2A,方向由a到6. 2.磁感线四指 拇指相反 (2)捧ab受到的安培力F=ILB=2×0.5×5N=5N. 知识点2 (3)棒a山受力如图所示， v与B(1)0(2)gB 知识点3 1.偏转线圈 tmg 2.(1)高速电子(2)偏转(3)发光 最大静摩擦力Fm=u(mg一Fcos53)=3.5N, 3.不断变化扫描 由平衡条件得， 知识点4 当最大静摩擦力方向向左时有 1.(1)gE=B Fx=Fsin53°+Fm=7.5N: % 当最大静摩擦力方向向右时有 (2)F路负减小 增大(2)F电正增大减小 FT'=Fsin 53-Fim =0.5 N. 2.qoB d Bdv 由于重物受力平衡，则重物重力的取值范围为0.5N≤G≤ 3.9B9E4D 品罗 7.5N. 答率(1)2A,方向由a到b(2)5N(3)0.5G7.5N 【自主检测】 [变式2]解析画出题中装置的侧视图，导体棒受力分析如图所 1.(1)/ (2)×(3)×(4)/ 示，导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F,由牛顿第二 2.AC解析由左手定则可知，带正电的粒子向左偏转，即粒子 定律得ngsin0-Fcos0=ma, 1:不偏转说明不带电，即粒子2：带负电的粒子向右偏转，即 粒子3，选项A,C正确. 课堂·深度探究 【情境导学】 答率不加磁场时电子不受磁场力的作用，加了磁场后电子受 又F=B.1=千，联立可得a=gsim0-B号。 E 到磁场力的作用向下偏转， m(R+r)' [例题1]BD解析由左手定则可判断A图中洛伦兹力的方向 &圈gsn0-BEms0 垂直于”向左上方：B图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向 m(R+r) 里：C图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里：D图中洛伦兹 课末·随堂演练 1.A解析将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁 力的方向垂直于纸面向里：综上所述，选项B、D正确， 极相互吸引知，线圈将向左运动：也可将左侧条形磁体等效 [变式1]A解析根据左手定则可知，题图A中洛伦兹力的方 成环形电流，根据“同向电流相吸引，异向电流相瓣斥”可知 向向下；题图B中洛伦兹力方向向上：题图C中洛伦兹力方 向垂直于纸面向里：题图D中洛伦兹力方向垂直于纸面向 线图向左运动，选项A正确。 外.选项A正确。 【情境导学】 答索(1)guS nguSLB(2)nSL.qB ·155