第1章 第2节 第2课时 安培力作用下的运动及其应用-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(教科版)

该高中物理课件聚焦安培力的应用，涵盖安培力作用下的运动分析、动力学与能量问题及直流电动机、电磁炮等实际应用。通过电流元法、等效法等方法示例导入，构建从理论方法到实际应用的学习支架，衔接磁场、左手定则等前置知识。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，如通过电流元法拆分导线受力、等效法将环形电流等效为小磁针，结合典型例题与随堂练习，培养学生分析复杂问题的能力。既帮助学生深化物理观念，又为教师提供系统的教学资源，提升课堂效率。

第2节　安培力的应用 第2课时　安培力作用下的运动及其应用 课堂 深度探究 1 内容 索引 随堂 巩固落实 2 课堂 深度探究 PART 01 第一部分 4 知识点一　安培力作用下的运动问题 电流 元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，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)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 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，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，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 课堂 深度探究 返回导航 √ 方法1　电流元法的应用 　如图所示，把一所受重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流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 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分。中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则知其受力方向向外；右端一段所在处的磁场方向斜向下，其受力方向向里。当导线转过一定角度时，导线中间一段电流的方向不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C正确。 课堂 深度探究 返回导航 √ 方法2　等效法和特殊位置法的应用 　如图所示，在固定放置的条形磁铁S极附近悬挂一个金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内。当在线圈中通入沿图示方向的电流时，将会看到(　　) A．线圈向左平移 B．线圈向右平移 C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　线圈通以逆时针方向的电流，由于处于S极的磁体附近，磁感线从右侧进入S极，根据左手定则可得，线圈左边受垂直于纸面向内的安培力，线圈右边受垂直于纸面向外的安培力，所以线圈还会绕着悬线轴线旋转，不属于单纯的平移，故A、B错误； 从上往下看，线圈顺时针转动，由环形电流产生的磁场，根据安培定则可得纸张外侧相当于N极，在线圈旋转至转过90°角时，环形电流产生的磁场与条形磁铁S极逐渐相向，二者异名磁极相互吸引，导致线圈在顺时针转动的同时向磁铁靠近，故C正确，D错误。 课堂 深度探究 返回导航 √ 方法3　结论法的应用 　如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是(　　) A．都绕圆柱转动 B．以不等的加速度相向运动 C．以相等的加速度相向运动 D．以相等的加速度相背运动 [解析]　同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力必大小相等，C正确。 课堂 深度探究 返回导航 　如图，固定直导线C垂直于纸面放置，可动直导线AB通以方向如图所示的电流，用测力计悬挂在导线C的正上方。若导线C中通以垂直于纸面向外的电流，以下判断正确的是(　　) A．导线A端转向读者，同时测力计读数减小 B．导线B端转向读者，同时测力计读数减小 C．导线A端转向读者，同时测力计读数增大 D．导线B端转向读者，同时测力计读数增大 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　同向电流相互吸引，所以相互作用的两个通电导线会朝着电流方向一致的方向转动，且相互靠近，所以导线B端将转向读者，且和导线C相互吸引，则测力计示数增大，故D正确，A、B、C错误。 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　安培力作用下的动力学和能量问题 课堂 深度探究 返回导航 (1)求电阻R的阻值。 [答案]　9 Ω 课堂 深度探究 返回导航 (2)若把电源更换为电动势E′＝4.0 V、内阻r＝1 Ω的电源，闭合开关S时，求金属棒的瞬时加速度大小。 [答案]　7 m/s2 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 (1)此时通入导体棒的电流为多大？ 课堂 深度探究 返回导航 (2)导体棒摆动过程中的最大速度大小？ 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　直流电动机和电磁炮 1．直流电动机的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力的作用旋转，当线圈与磁场垂直时，线圈靠惯性转动，此时电流改变方向，线圈受安培力继续转动。 2．电磁炮的工作原理 通电导线在强磁场中受安培力加速运动。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度1　直流电动机 　(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将(　　) A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　根据直流发电机的原理可知，线圈在安培力的作用下转到平衡位置时，需改变电流方向，或使电流为零，线圈才能持续转动，故A、D符合题意。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度2　电磁炮 　电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。如图为某次试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m。若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是(　　) A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右 C．磁感应强度的大小为103T D．电磁炮的加速度大小为3×105m/s2 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　炮弹受到的安培力向右，根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故A、B错误； 由速度位移公式2ax＝v2，其中x＝7.5 m，解得电磁炮的加速度大小a＝6×105 m/s2，根据牛顿第二定律BIL＝ma，其中L＝1.5 m，解得B＝103 T，故C正确，D错误。　 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 02 第二部分 24 √ √ 随堂 巩固落实 返回导航 根据左手定则可知L1上半部分受到的安培力方向指向纸外，下半部分受到的安培力方向指向纸内，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动，故C正确，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(安培力作用下的运动)(2024·陕西西安联考)如图所示，将通电直导线AB用悬线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关(　　) A．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小 B．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变大 C．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大 D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变小 随堂 巩固落实 返回导航 解析：接通开关，由线圈电流方向结合安培定则，可知电磁铁左端为N极，右端为S极，则通电直导线左半部分磁场方向斜向右上方，右半部分磁场方向斜向右下。根据左手定则可知，通电导线左半部分所受安培力向里，右半部分所受安培力向外，即A端向纸内运动，B端向纸外运动。通电导线旋转至垂直于纸面向里方向，而磁场向右，则安培力向下，悬线张力变大。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 3．(电动机原理)(2024·广东两阳中学校考)将一节五号干电池的负极放在强磁铁上，强磁铁产生磁场的磁感线如图所示。将一矩形金属框与该电池组成闭合回路，在安培力作用下，线框发生转动，这样就构成一台简易“电动机”，下列说法正确的是(　　) A．图中强磁铁下端为N极 B．从上向下看，图中金属框将逆时针转动 C．调转磁极，再次接入后金属框将反向转动 D．电池消耗的电能全部转化为金属框的动能 随堂 巩固落实 返回导航 解析：根据磁场的磁感线分布可知强磁铁下端为S极，A错误； 由于金属框下方的磁感应强度比上方的大，研究金属框下方的受力情况，根据左手定则可知从上向下看，题图中金属框将顺时针转动，B错误； 调转磁极，安培力方向将反向，故再次接入后金属框将反向转动，C正确； 电池消耗的电能一部分转化为金属框的动能，一部分转化为内能，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 4．(导体运动的动力学和能量问题)(2024·黑龙江哈尔滨四中期末)近期，央视报道我国一款新型电磁炮，专门用来扑灭山林大火。发生山林大火时，山高路陡，人力灭火十分困难，利用电磁炮在山脚下发射消防灭火弹，为了研究方便将待发射的炮弹视为一个导体棒。如图所示，导体棒质量m＝0.02 kg，电阻R＝1 Ω，把导体棒垂直放置于两条与水平面成30°角的平行导轨的下端(初速度为0)，导轨宽L＝0.11 m，导轨长s＝0.25 m，导轨下端接电源，电动势E＝80 V，内阻r＝1 Ω。垂直于导轨平面有一向上的匀强磁场，磁感应强度B＝0.25 T，其余电阻以及摩擦力都忽略不计，不考虑导体棒切割磁感线产生的电动势，g取10 m/s2。 随堂 巩固落实 返回导航 (1)画出导体棒的受力示意图。 解析：导体棒受到重力、轨道支持力及安培力，如图所示。 答案：图见解析 随堂 巩固落实 返回导航 (2)求导体棒受到安培力的大小。 答案：　1.1 N 随堂 巩固落实 返回导航 (3)求导体棒离开导轨时的速度大小。 解析：由受力分析结合牛顿第二定律可知 F－mg sin 30°＝ma 根据匀变速直线运动位移与速度的关系 v2＝2as 联立解得v＝5 m/s。 答案：5 m/s 随堂 巩固落实 返回导航 $