1.1 专题：安培力作用下导体的平衡和运动问题 课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦安培力作用下导体的平衡、加速及运动方向判断，通过导轨金属杆平衡例题导入，按平衡问题、加速问题到运动方向判断递进，以要点归纳和解题步骤为支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于融入科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究，如用电流元法、等效法分析运动方向，例题结合闭合电路欧姆定律与牛顿定律，培养学生推理能力。学生能提升问题解决能力，教师可借助系统资源高效突破重难点。

专题：安培力作用下导体的平衡和运动问题 第 1 章 学习目标 1.能处理安培力作用下导体的平衡问题(重点)。 2.会结合牛顿第二定律求导体的瞬时加速度。 3.掌握安培力作用下导体运动方向的常用判断方法(重难点)。 内容索引 一、安培力作用下的平衡问题 二、安培力作用下的加速问题 三、安培力作用下导体运动方向的判断 < 一 > 安培力作用下的平衡问题 如图所示，在水平面内固定有两平行金属导轨，导轨间距为L，两导轨间整个区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向与导轨平面成θ角并与 金属杆ab垂直。垂直于两导轨放置的金属杆ab重力为G，通过的电流为I，处于静止状态。 (1)画出金属杆ab的平面受力分析图。 答案　如图所示 (2)由平衡条件写出平衡方程，并求出金属杆ab受到的支持力和摩擦力。 答案　水平方向：f=F安sin θ，即f=BILsin θ 竖直方向：N=G-F安cos θ，即N=G-BILcos θ 要点归纳 解决安培力作用下的平衡问题与解决一般物体平衡问题方法类似，只是多出一个安培力。一般解题步骤为： 例1 　(2024·三明市高二期中)如图所示，两平行光滑金属导轨间的距离L=0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B为0.50 T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场，金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源。现把一根导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2，sin 37°=0.60。求： (1)通过导体棒的电流。 答案　1.5 A 由闭合电路欧姆定律，解得通过导体棒的电流 I== A=1.5 A (2)画出导体棒的平面受力分析示意图。 答案　见解析图 导体棒受重力、导轨的支持力、安培力作用，画出导体棒的平面受力分析示意图如图。 (3)导体棒受到的安培力。 答案　0.30 N，方向沿导轨所在的平面向上 导体棒受到的安培力为 F安=BIL=0.50×1.5×0.40 N=0.30 N 由左手定则可知，安培力的方向沿导轨所在的平面向上。 (4)导体棒ab的质量。 答案　0.050 kg 由于导体棒刚好静止，则有mgsin θ=F安 解得m=0.050 kg。 返回 < 二 > 安培力作用下的加速问题 例2 　(2025·宁德市高二期末)倾角θ=37°的光滑金属导轨M、N的上端接入一电动势E=6 V、内阻r=0.5 Ω的电源，导轨间距L=1 m，导轨周围存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，导轨电阻不计。将一个质量m=0.03 kg、电阻R=5.5 Ω的金属棒水平放置在导轨上，当闭合开关S后,金属棒恰好静止在导轨上,如图所示。重力加速度g取10 m/s2(已知sin 37°=0.6,cos 37° =0.8)。求： (1)通过金属棒的电流I。 答案　1 A 由闭合电路的欧姆定律可得Ι=得I=1 A (2)匀强磁场的磁感应强度大小B。 答案　0.18 T 金属棒静止，根据共点力平衡可得BIL=mgsin 37° 得B=0.18 T (3)若仅将匀强磁场方向变为垂直于导轨平面向下，则磁场方向改变后的瞬间，此时金属棒的加速度大小a。 答案　12 m/s2 由牛顿第二定律可得mgsin 37°+BIL=ma得a=12 m/s2。 总结提升 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。 返回 < 三 > 安培力作用下导体运动方向的判断 1.电流元法、特殊位置法 如图甲所示，将通电直导线AB用弹性绳悬挂在蹄形磁体的正上方，硬直导线可自由转动。 (1)在图中画出磁感线的方向。 (2)分析OA、OB段导线的受力方向。 答案　(1)(2)如图所示。 (3)从上向下看，导线将_______转动(选填“逆时针”或“顺时针”)。  (4)导线转过90°时，导线所受安培力方向________(选填“向下”或“向上”)，绳子拉力________(选填“变大”或“变小”)。  逆时针 答案　导线转过90°时，导线所受安培力如图所示，方向向下，绳子拉力变大 2.等效法 (1)如图乙所示，将环形电流等效成小磁针，标出其N极、S极。 答案　如图所示 (2)条形磁铁与环形电流相互_____(选填“吸引”或“排斥”)。  环形电流受到的安培力向___(选填“左”或“右”)。  吸引 左 3.结论法 (1)两直流电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。 (2)两直线电流不平行时有转到相互平行且方向相同的趋势。如图丙所示，两条有限长直导线相互垂直，但相隔一小段距离，AB固定，CD能自由活动，当电流按如图所示方向通过两导线时。 ①画出AB两侧磁感线的方向，并分析CD的受力情况。 答案　如图所示 ②CD将(从纸外向纸内看)_______(选填“逆时针”或“顺时针”)转动，同时_____(选填“靠近”或“远离”)导线AB。  逆时针 靠近 ③若AB(固定)，CD(可绕O自由转动)如图丁所示放置，则CD将_______ (选填“逆时针”或“顺时针”)转动。  逆时针 4.转换研究对象法 通电直导线和条形磁体如图戊所示放置 (1)作出导线所在位置的磁感线方向，分析直导线受力情况。 答案　如图所示。 (2)电流对磁体的作用力方向斜向_____(选填“左上”或“右下”)；若地面粗糙，地面对磁体的摩擦力水平_____(选填“向左”或“向右”)，磁体对地面的压力_____(选填“大于”或“小于”)其重力。  右下 向左 大于 例3 　(2025·龙岩第一中学高二检测)如图所示，直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当同时通有图示方向电流时，从左向右看，线圈将 A.不动 B.顺时针转动，同时靠近导线 C.逆时针转动，同时离开导线 D.逆时针转动，同时靠近导线 √ 根据安培定则可知，通电导线ab在右侧产生的磁场方向垂直纸面向里。采用电流元法，将线圈分成内外两半，根据左手定则可知，外侧半圆受到的安培力向上，内侧受到的安培力向下，线圈将逆时针转动。再用特殊位置法：线圈转过90°时，通电直导线ab对左半圆产生吸引力，对右半圆产生排斥力，由于吸引力大于排斥力，线圈靠近ab，则从左向右看，线圈将逆时针转动，同时靠近直导线ab，故选D。 　(2024·永春第一中学高二检测)如图所示，将通电直导线AB用悬线悬挂在电磁体的正上方，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 例4 √ 接通开关，由线圈电流方向，根据安培定则，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，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。通电导线内的电流旋转至垂直纸面向里的方向，而电磁体磁场向右，则安培力向下，悬线张力变大，故选C。 返回 本课结束 第 1 章 $