1.1 磁场对通电导线的作用力 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 高中物理选择性必修第二册•人教版2019 磁场对通电导线的作用力 1.(多选)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音.俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面),磁场方向如图中箭头所示.下列选项正确的是(　 　) A.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 BC 课前预习 2.(多选)如图,在竖直平面内有一个半径为R,质量为M的金属圆环,圆环平面与纸面平行,圆环恰好有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,磁场的水平边界与圆环相交于P、Q两点,用绝缘轻绳把放在斜面上的滑块通过定滑轮与圆环相连.当圆环中通有逆时针方向大小为I的电流时,滑块保持静止.已知斜面倾角为300,斜面和滑轮均光滑,重力加速度为g,则( ) A.滑块的质量m=2M B.滑块的质量m=M C.若剪断细线,剪断细线瞬间圆环的加速度大小 D.若剪断细线,剪断细线瞬间圆环的加速度大小 AC 3.(多选)如图甲所示是电磁炮发射过程的情境图.炮弹的炮弹能量是可调控的,未来可用于消防、军事等方面.其主要原理如图乙所示,两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,炮弹可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触.可控电源提供强大的电流经导轨流入炮弹再流回电源,炮弹被导轨中电流形成的磁场推动而发射.在发射过程中,该磁场在炮弹所在位置始终可以简化为处于磁感应强度为B的匀强磁场中.已知两导轨内侧间距为d,炮弹的质量为m,炮弹在导轨间的电阻为R,若炮弹滑行距离l后获得的发射速度为v.不计空气阻力、导轨电阻、电源内阻,不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势.下列说法正确的是( ) A.匀强磁场方向为竖直向下 B.炮弹所受安培力大小 C.通过炮弹的电流 D.可控电源的电动势为 BC 4.(多选)某同学在学习了磁场对通电导线的作用力后产生想法,设计了一个简易的“电磁秤”.如图所示,两平行金属导轨CD、EF间距L=0.1 m,与水平面夹角为370,两导轨与电动势E0=9 V内阻不计的电源、电流表(量程0～3A)、开关S、滑动变阻器R(阻值范围为0～100Ω)相连.质量M=0.14 kg,电阻R0=2Ω的金属棒MN垂直于导轨放置,空间施加竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=5 T,垂直接在金属棒中点的轻绳与导轨平面平行,跨过定滑轮后另一端接有秤盘.在秤盘中放入待测物体,闭合开关S,调节滑动变阻器,当金属棒平衡时,通过读取电流表的读数就可以知道待测物体的质量.已知秤盘中不放物体且金属棒静止时电流表读数I0=0.1 A.其余电阻、摩擦以及轻绳质量均不计,重力加速度g=10 m/s2,sin370=0.6,cos370=0.8.则( ) A.秤盘的质量m0等于0.0088 kg B.此“电磁秤”能称量的最大质量0.116 kg C.此“电磁秤”能称量的最大质量时,滑动变 阻器接入电路的阻值R=1Ω D.m与I的表达式m=0.004I-0.004(0.1A<I<3A) BC 5.(多选)如图所示,水平面内的光滑导轨平行放置,左端MM'与电路相连,右端MN'垂直放置导体ab,处在竖直向下的匀强磁场中.已知磁感应强度B=1 T,导轨间距d=0.2 m,导体ab的质量m=0.01 kg,电源电动势E=24 V,内阻r=1 A.开关S接1稳定时电容器上的电荷量Q=0.012 C B.开关S接1稳定时电容器上的电荷量Q=0.12 C C.导体ab飞出时的速度v=0.2 m/s D.导体ab飞出时的速度v=0.02 m/s AC 高中物理 一、安培力 通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。 麦克斯韦把安培誉为“电学中的牛顿”。 安培 1775 ─ 1836 这个力的方向如何判断， 这个力的大小又跟哪些因素有关呢？ 高中物理 在前面的学习中，我们知道通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示的装置探究。 二、安培力的方向 高中物理 安培力的方向：既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向垂直于磁感线和通电导线所在的平面． 安培力的方向 F 改变磁场方向 F 改变电流方向 再次改变磁场方向 高中物理 左手定则： 伸开左手，使拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流的方向，这时，拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 高中物理 次数 磁场方向 电流方向 安培力方向 图 4 3 1 2 向上 向下 垂直于纸面向外 垂直于纸面向里 垂直于纸面向里 水平 向右 水平 向左 水平 向右 水平 向左 F F F F 垂直于纸面向外 安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直 实验现象 1.解题思路 ①将立体图转化为平面图; 安培力作用下的平衡问题 ②受力分析列平衡方程. ①首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向; ②安培力大小与导体放置的角度有关,l为导体垂直于磁场方向的长度,即有效长度; ③进行受力分析时,注意不要漏掉安培力.同时,当存在静摩擦力时,要注意分析由于电流的大小变化而引起的安培力的变化,导致静摩擦力大小和方向的变化,此过程往往存在临界问题. 2.注意事项 安培力作用下的平衡问题 【例2】如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.4 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角(1)通过导体棒的电流; (2)导体棒受到的安培力大小; (3)导体棒受到的摩擦力的大小和方向. 典例分析 典例分析 (1)通过导体棒的电流; 【解】 根据闭合电路欧姆定律,有:I= 代入数据解得:I=1.5 A (2)导体棒受到的安培力大小; 【解】 由于I 代入数据解得:F=0.3 N (3)导体棒受到的摩擦力的大小和方向. 【解】 mg FN F安 Ff B 对导体棒受力分析如图所示,正交分解可得: 代入数据解得:Ff=0.06 N,方向沿导轨平面向下 【训练4】在两个倾角均为α的光滑斜面上,放有两个相同的金属棒,分别通有电流I1和I2,磁场的磁感应强度大小相同,方向分别为竖直向上和垂直于斜面向上,如图甲、乙所示,两金属棒均处于平衡状态.则两种情况下的电流之比I1∶I2为(　　) A.sinα∶1 B.1∶sinα C.cosα∶1 D.1∶cosα D 随堂训练 【例3】(2025·湖南桃源县一中高二期中)电磁炮是一种新式兵器,其主要原理如图所示.某电磁炮能够把m=2.2 g的弹体(包括金属杆CD的质量)加速到v=10 km/s.若轨道宽L=2 m,长s=100 m,通过的电流为I=10 A,忽略轨道摩擦. (1)轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度为多少? (2)电磁炮的最大功率为多少? 1.解题思路 ①将立体图转化为平面图; ②受力分析列牛顿第二定律方程. 安培力作用下的加速问题 电磁轨道炮发射的基本原理如图所示,水平地面上两条平行的金属导轨A和导轨B充当炮管,弹丸放置在两导轨之间,当强大的电流I流过弹丸时,弹丸获得加速度,最终高速发射出去,下列说法正确的是(　 　) A.导轨之间的磁场方向可能竖直向下 B.导轨之间的磁场方向可能水平向右 C.电磁炮的本质是一种大功率型发电机 D.若要增大发射速度,可增大流过弹丸的电流 D 随堂训练 (多选)如图所示为某科技爱好者设计的电磁炮模型示意图,水平发射轨道宽1 m,轨道间有磁感应强度大小为1×103 T、方向竖直向上的匀强磁场,炮弹(含相关附件)总质量为0.5 kg,当电路中通20 A的恒定电流时,炮弹从轨道左端开始加速,然后从轨道右端发射出去.忽略一切阻力,下列说法正确的是(　 　) A.电流从a端流入、b端流出 B.电流从b端流入、a端流出 C.炮弹的加速度大小为1×104 m/s2 D.炮弹的加速度大小为4×104 m/s2 BD 随堂训练 磁场 对通电导线的力 安培力作用的平衡问题 安培力作用的加速问题 方法 电流元法 等效法 特殊位置法 结论法 转换研究对象法 课堂总结 安培力作用下通电导体的运动方向 1.解决在安培力作用下导体的加速运动问题,首先要对研究对象进行受力分析(不要漏掉安培力),然后根据牛顿第二定律列方程求解; 2.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. (2)设所挂重物的重力的最大值为Gm,根据受力平衡可得:Gm=fmax 练习与应用 【解】 (1)导体棒ab受到的安培力; (2)所挂重物的重力G的最大值. (1)根据闭合电路欧姆定律,有:I= 则导体棒ab受到的安培力大小为:F安=BIL=0.6 N 又由左手定则可知其方向垂直ab向下 代入解得:Gm=2.8 N 又有:fmax=μN=μ(mg+F安) $