第1章 专题提升课1 安培力作用下导体的平衡-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(鲁科版)

专题提升课1　安培力作用下导体的平衡 1 专题　深度剖析 1 内容 索引 随堂　巩固落实 2 专题　深度剖析 PART 01 第一部分 3 微专题一　安培力作用下的静态平衡 角度1　通电导体棒的平衡 　　　(2024·黑龙江哈尔滨四中期末)如图所示，金属杆 ab的质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强 度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面夹角为θ斜向 上，金属杆ab始终静止于水平导轨上，则以下说法正确的是(　　) A．金属杆受到的安培力的大小为BIL sin θ B．金属杆所受摩擦力大小为BIL cos θ C．金属杆对导轨压力可以为0 D．仅使磁感应强度B反向，其他条件不变，摩擦力大小不变 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　对金属杆受力分析，如图甲所示，金属 杆受到的安培力的大小为BIL，水平方向由平衡 条件得f＝BIL sin θ，故A、B错误； 竖直方向由平衡条件得N1＝mg－BIL cos θ，由 牛顿第三定律得金属杆对导轨压力大小N1′＝N1＝mg－BIL cos θ，因水平方向必须存在摩擦力才能保持平衡，故金属杆对导轨压力不可以为0，C错误； 仅使磁感应强度B反向，其他条件不变，受力分析如图乙所示，摩擦力大小f′＝BIL sin θ不变，故D正确。 返回导航 专题　深度剖析 　　　如图所示，质量为m、长为l的直导线用两绝 缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中。当导线中 通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线 与竖直方向夹角为θ。有以下三种磁感应强度方向： (1)沿z轴正方向；(2)沿y轴正方向；(3)沿悬线向上。请判断哪些是可能的，可能时其磁感应强度大小是多少？如果不可能，请说明原因。 返回导航 专题　深度剖析 [答案]　见解析 返回导航 专题　深度剖析 角度2　通电导线和磁体间的作用 要想定性分析磁体在电流所产生的磁场中的受力方向，可先判断电流在磁体所产生的磁场中的受力方向，然后再根据牛顿第三定律判断磁体受力方向。   如图所示，电流受到的磁体的作用力方向斜向左上，所以电流对磁体的作用力方向斜向右下。可知地面对磁体的摩擦力方向向左。 返回导航 专题　深度剖析 　　　如图所示，水平桌面上放一根条形磁铁，磁铁正中央上方吊着跟磁铁垂直的导线，当导线中通入指向纸内的电流时(　　) A．悬线上的拉力将不变 B．悬线上的拉力将变小 C．条形磁铁对水平桌面的压力将变大 D．条形磁铁对水平桌面的压力将变小 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　根据条形磁铁磁场分布特点可知，通电导线处的磁场方向水平向右，由左手定则可知导线受竖直向下的安培力，所以悬线上的拉力变大，A、B错误； 由牛顿第三定律可知，条形磁铁受电流对它竖直向上的力，所以条形磁铁对桌面的压力变小，C错误，D正确。 返回导航 专题　深度剖析 　　　如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直于纸面向里的电流I。用FN表示磁铁对桌面的压力，f表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前相比较(　　)   A．FN减小，f＝0 B．FN减小，f≠0 C．FN增大，f＝0 D．FN增大，f≠0 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　根据条形磁铁的磁场分布可知，通电导线所在处的磁感应强度的方向为斜向左下，再根据左手定则可确定通电导线所受安培力指向左上方，所以通电导线对条形磁铁的反作用力F指向右下方，由于磁铁处于静止状态，所以F在水平方向有向右的分力等于磁铁所受桌面的摩擦力，所以摩擦力不为零，方向向左，同时，F在水平方向有向下的分力，其与重力之和等于桌面对磁铁的支持力，所以支持力增大。 返回导航 专题　深度剖析 微专题二　安培力作用下的动态平衡 　　　如图所示，两光滑金属导轨倾斜放置，与水平面夹角为30°，导轨间距为l，一质量为m的导体棒与导轨垂直放置，电源输出电流保持恒定，不计导轨电阻。当磁场水平向右时，导体棒恰能静止，现磁场发生变化，方向沿逆时针旋转，最终竖直向上，在磁场变化的过程中，导体棒始终静止，关于磁场的磁感应强度B的大小的变化说法正确的是(　　)  A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．先减小后增大 D．先增大后减小 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　开始磁场水平向右，根据左手定则可知，安培力竖直 向上，恰与重力平衡；当磁场逆时针旋转时，根据左手定则可 知，安培力也同方向转动，由动态平衡图可知安培力先变小后 变大，电流恒定，则磁感应强度的大小先减小后增大。 返回导航 专题　深度剖析 　　　(多选)(2024·黑龙江牡丹江二中期末)倾角为α的轨道上放有一根静止的金属杆ab。ab中通有恒定电流，导轨所在空间存在一个垂直于轨道平面向上的匀强磁场，ab杆静止，如图所示。现使磁场的磁感应强度大小B随时间逐渐增大，则在磁感应强度逐渐增大直到ab杆即将滑动的过程中，ab杆受到的静摩擦力可能的变化情况是(　　) A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大 √ √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　导轨所在空间存在一个垂直于轨道平面向上的匀强磁场，ab杆静止，受力分析可知，ab受重力、支持力、摩擦力、安培力作用；若起初摩擦力向下，则有mg sin α＋f＝BIL，随着磁场的磁感应强度大小B随时间逐渐增大，f变大；若起初摩擦力向上，则有mg sin α＝BIL＋f，随着磁场的磁感应强度大小B随时间逐渐增大，f变小，直至为0后，反向增大，故A、D正确，B、C错误。 返回导航 专题　深度剖析 微专题三　安培力作用下的极值问题 　　　(2024·重庆九龙坡期末)如图所示，水平导轨间距 L＝1 m；导体棒ab的质量m＝1 kg，与导轨保持良好接 触并与导轨垂直，细线绕过定滑轮，一端悬挂重物，另 一端与导体棒相连；电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，方向水平向左；导体棒ab与导轨间动摩擦因数μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，导轨与导体棒的电阻不计，细线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，导体棒ab处于静止状态。求： 返回导航 专题　深度剖析 (1)导体棒ab受到的安培力大小； [答案]　1 N　 返回导航 专题　深度剖析 (2)重物所受重力G的最大值。 [解析]　因最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则有最大静摩擦力 fmax＝μ(mg＋F)＝5.5 N 当最大静摩擦力方向向左时，此时重物所受的重力最大，由平衡条件则有G＝fmax＝5.5 N。 [答案]　5.5 N 返回导航 专题　深度剖析 　　　(2024·吉林高二统考)如图所示，水平面上有电阻 不计的U形导轨NMPQ，宽度L＝0.4 m，现垂直于导轨 放置一根质量m＝0.12 kg的导体棒ab，M和P之间接入一 恒流源，回路中电流大小恒定为I＝2 A，在导轨间加一个范围足够大的匀强磁场(未画出)且磁场方向始终与导体棒垂直，方向与水平面间夹角可调，重力加速度大小g取10 m/s2。 返回导航 专题　深度剖析 (1)当磁感应强度的大小B＝0.3 T，方向与水平面成30°角时，ab棒处于静止状态，求ab棒受到的摩擦力大小。 [解析]　根据平衡条件及安培力公式可得ab棒受到的摩擦力大小f＝BIL sin 30°＝0.12 N。 [答案]　0.12 N　 返回导航 专题　深度剖析 (2)若要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？ [答案]　1.5 T　方向水平向右 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　由题意知，当磁场方向斜向左下方，设磁场方向与水平面的夹角为α时，不管感应强度多大，导体棒都不会运动，根据平衡条件可得 μ(mg＋BIL cos α)≥BIL sin α≥0 当B足够大时，有 μBIL cos α≥BIL sin α≥0 解得0≤α≤30° 即磁场方向斜向左下方，与水平面的夹角在0≤α≤30°内时，不管磁感应强度多大，导体棒都不会运动。 [答案]　0≤α≤30° 返回导航 专题　深度剖析 随堂　巩固落实 PART 02 第二部分 24 √ 返回导航 随堂　巩固落实 当线圈没有通电时，天平处于平衡状态，若仅将电流反向，线圈将额外受到向下的安培力作用，不能保持平衡状态，故B错误。 返回导航 随堂　巩固落实 √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 3．(安培力作用下的平衡)(2024·天津静海一中校考)如图所示，水平桌面上放条形磁铁，磁铁N极上方吊着导线与磁铁垂直，导线中通入垂直于纸面向内的电流，则产生的情况是(　　) A．弹簧的弹力变小 B．弹簧可能被压缩 C．条形磁铁对桌面的压力变大 D．条形磁铁对桌面的摩擦力向左 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：以导线为研究对象，导线所在位置的磁场方向斜向右上方，导线中电流方向垂直于纸面向里，由左手定则可知，导线所受安培力的方向斜向右下方，弹簧拉力变大，A、B错误； 由牛顿第三定律可得，条形磁铁受到斜向左上方的作用力，所以条形磁铁对桌面的压力减小，条形磁铁对桌面的摩擦力向左，C错误，D正确。 返回导航 随堂　巩固落实 √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 $