1.2 安培力的应用（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年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 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 栏目索引 随堂达标 训练 知识方法 探究 知识方法 探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 随堂达标 训练 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第一章　磁场 谢谢观看！ 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 eq \o(――――→,\s\up17(左手定则)) 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 eq \f(（m1－m2）g,NIL) B．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为 eq \f(mg,2NIL) C．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 eq \f(（m1－m2）g,NIL) D．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为 eq \f(mg,2NIL) 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向里．电流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3为线圈质量．电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL.两式联立可得B＝ eq \f(mg,2NIL) ，故选B.] [训练3]　电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示．两相距很近的多匝通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定 ，线圈Ⅱ置于天平托盘上．当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零．下列说法正确的是(　　) A．两线圈电流方向相同时，天平示数为正数 B．两线圈电流方向相反时，天平示数为负数 C．线圈Ⅰ的匝数越少，天平越灵敏 D．线圈Ⅱ的匝数越多，天平越灵敏 D　[当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同，当天平示数为正时，说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反，故A、B错误；由于线圈Ⅱ放在天平托盘上，线圈Ⅱ受到线圈Ⅰ的作用力为F＝N2BI2L.所以当线圈Ⅱ的匝数越多，力越大，则天平越灵敏，故C错误，D正确．] 2．磁电式电表 如图甲是磁电式电流表的结构示意图，极靴和铁质圆柱间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为l的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．穿过该线圈的磁通量为Bl2 C．a导线受到的安培力方向向下 D．b导线受到的安培力大小为BIl D　[该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场的磁感线应该是平行的，方向相同，故A错误；线圈平面始终与磁感线平行，故穿过线圈的磁通量为零，B错误；a导线电流向外，所在处磁感线向右，根据左手定则，a导线受到的安培力方向向上，C错误；b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为BIl，D正确．] [训练4]　关于磁电式电流表，以下说法错误的是(　　) A．指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的 B．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大 C．在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场 D．在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C　[螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向相反，线圈才能停止转动，使指针稳定．电流表内磁场是均匀辐向磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小相等、方向不同，所以安培力大小与电流大小有关，而与线圈所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针偏转的角度越大．只有C错误．] 3．直流电动机 如图为一台直流电动机的简化示意图．已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，匀强磁场的磁感应强度为B.当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴，由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时，转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，转子的ab边受到的安培力大小为(　　) A．nBILsin θ　　　　　　　 B．nBILcos θ C．nBId D．nBIL D　[转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，根据安培力公式可得转子的ab边所受的安培力大小F＝nBIL，选项D正确．] [训练5]　(多选)如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极P(图中未画出)，紧帖边缘内壁放一个圆环形电极Q，并把它们与电源的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体．现在把玻璃皿放在如图所示的磁场中，下列判断正确的是(　　) A．若P接电源的正极，Q接电源的负极，俯视时液体逆时针转动 B．若P接电源的正极，Q接电源的负极，俯视时液体顺时针转动 C．若两电极之间接50 Hz正弦交流电，液体不转动 D．若两电极之间接50 Hz正弦交流电，液体不断往返转动 BC　[若P接电源正极，Q接电源负极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由中心流向边缘；器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿顺时针方向，因此液体顺时针方向旋转；故选项A不合题意，选项B符合题意；P、Q与50 Hz的交流电源相接，电流方向变化时间过短，液体不会旋转，故选项C符合题意，选项D不合题意．] 4．电磁炮 电磁炮是目前许多国家热衷发展的一种新式武器，其工作原理如图所示．当水平放置的两光滑平行导轨接入电源时，强电流从一导轨流出，经滑块(炮弹)从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，磁感应强度大小与电流成正比．通有电流的炮弹在安培力的作用下加速一段距离后，会以很大的动能射出．关于电磁炮，下列说法正确的是(不考虑滑块移动产生的电动势)(　　) A．当平行导轨通有如图所示的电流时，导轨间的磁场方向竖直向下 B．当回路中电流一定时，炮弹将做匀加速直线运动 C．若只将电流增大到原来的2倍，则炮弹射出的动能也会增大到原来的2倍 D．若只将导轨长度增大到原来的2倍，则炮弹射出的动能会增大到原来的4倍 B　[当平行导轨通有题图所示的电流时，根据安培定则可知导轨间的磁场方向竖直向上，A错误；当回路中电流一定时，根据牛顿第二定律可得F安＝BIL＝ma，解得炮弹加速度a＝ eq \f(BIL,m) ，所以炮弹将做匀加速直线运动，B正确；若只将电流增大到原来的2倍，磁感应强度也变为原来的2倍，则安培力增大到原来的4倍，根据动能定理F安x＝Ek－0，可得炮弹射出时的动能也会增大到原来的4倍，C错误；若只将导轨长度x增大到原来的2倍，根据动能定理F安x＝Ek－0，可得炮弹射出时的动能也会增大到原来的2倍，D错误．] [训练6]　2019年1月，出现在中国海军坦克登陆舰上的电磁轨道炮在全球“刷屏”，这是电磁轨道炮全球首次实现舰载测试．如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道组成．轨道间放置一个导体滑块作为弹头．当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去．不计空气阻力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹头获得更大的速度，可适当(　　) A．减小平行轨道间距　　　　　　 B．增大轨道中的电流 C．缩短轨道的长度 D．增大弹头的质量 B　[根据题意，安培力做的功等于弹头获得的动能．轨道间距减小，安培力减小，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故A错误；增大轨道中电流，安培力增大，安培力做功增大，弹头获得动能增大，速度增大，故B正确；缩短轨道长度，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故C错误；只增大弹头质量，安培力做功不变，弹头获得动能不变，所以速度减小，故D错误．] [对应学生用书P9] 1．(安培力作用下导体的运动)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 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项正确]. 2．(电磁炮)(多选)图中装置可演示磁场对通电导线的作用．绕有导线的两铁芯之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动，下列说法正确的是(　　) A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动 B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动 C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动 D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动 BD　[若a接正极，b接负极，由安培定则知两铁芯间磁场方向向上、若e接正极，f接负极，由左手定则知L受到的安培力向左；若e接负极，f接正极，L受到的安培力向右，选项A错误，选项B正确；同理，若a接负极，b接正极，两铁芯间磁场方向向下、e接负极，f接正极，L所受的安培力向左；e接正极，f接负极，L所受的安培力向右，选项C错误，选项D正确．] 3．(电流间的相互作用)如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内．则(　　) A．ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里 B．ef和cd导线在b点产生的合磁场为零 C．cd导线受到的安培力方向向右 D．若同时改变两导线的电流方向，两导线各自受的安培力方向不变 D　[根据安培定则可知，ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，选项A错误；根据安培定则可知，ef和cd导线在b点产生的磁场方向相同，则合磁场不为零，选项B错误；根据安培定则可知，ef导线在cd导线处产生的磁场垂直纸面向外，由左手定则可知，cd导线受到的安培力方向向左，选项C错误；根据“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，若同时改变两导线的电流方向，两导线各自受的安培力方向不变，选项D正确；故选D.] 4．(安培力作用下的平衡)如图所示，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量． 解析　金属棒通电后，闭合回路电流I＝ eq \f(U,R) ＝ eq \f(12 V,2 Ω) ＝6 A金属棒受到的安培力大小为F＝BIL＝0.06 N 由左手定则判断可知金属棒受到的安培力方向竖直向下 由平衡条件知：开关闭合前：2kx＝mg 开关闭合后：2k(x＋Δx)＝mg＋F 代入数值解得m＝0.01 kg. 答案　竖直向下　0.01 kg $$