第1章 专题提升课2 安培力作用下导体的运动-【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2　安培力作用下导体的运动 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　“四种方法”分析导体的运动 微元法 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 两平行通电直导线在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两通电直导线相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 返回导航 专题　深度剖析 方法1　微元法的应用 　　　把一根通电的硬导线放在磁场中，导线所在区域 的磁感线呈弧形，如图所示。导线可以在空中自由移动 和转动，导线中的电流方向由a向b。 (1)描述导线的运动情况。 [解析]　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右上，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行，由左手定则可知其受力方向向下，所以a端转向纸外，b端转向纸里，同时向下运动。 [答案]　见解析 返回导航 专题　深度剖析 (2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，它可能是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管、直线电流。请你分别按每种可能考虑，大致画出它们的安放位置。 [解析]　如图所示的四个图分别表示虚线框内的磁场源可能是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管和直线电流及它们的大致位置。 [答案]　见解析 返回导航 专题　深度剖析 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 √ 返回导航 专题　深度剖析 [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，由于环形电流产生的磁场，纸张外侧相当于N极，当开始旋转直至转过90°角过程中，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。 返回导航 专题　深度剖析 方法3　结论法的应用 　　　用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让 二者等高平行放置，如图所示，当两导线环中通入方向相同的 电流I1、I2时，则有(　　) A．两导线环相互吸引 B．两导线环相互排斥 C．两导线环无相互作用力 D．两导线环先吸引后排斥 [解析]　通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导线产生力的作用。由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，根据同向电流相互吸引的规律，可知两导线环应相互吸引。 √ 返回导航 专题　深度剖析 　　　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 [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。 √ 返回导航 专题　深度剖析 微专题二　安培力作用下的动力学和能量问题 　　　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103 T D．电磁炮的加速度大小为3×105 m/s2 √ 返回导航 专题　深度剖析 [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，v＝3×103 m/s，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，代入数据解得B＝103 T，故C正确，D错误。 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 (1)此时通入导体棒的电流为多大？ 返回导航 专题　深度剖析 (2)导体棒摆动过程中的最大速度大小？ 返回导航 专题　深度剖析 随堂　巩固落实 PART 02 第二部分 16 1.(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 √ 返回导航 随堂　巩固落实 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。 返回导航 随堂　巩固落实 √ √ 返回导航 随堂　巩固落实 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。 返回导航 随堂　巩固落实 3．(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。 返回导航 随堂　巩固落实 (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　 返回导航 随堂　巩固落实 (2)求导体棒受到安培力的大小。 答案：1.1 N　 返回导航 随堂　巩固落实 (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 返回导航 随堂　巩固落实 [答案]　 A　 [答案]　2 m/s $