2.1 专题 安培力作用下导体的平衡和运动问题 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

专题：安培力作用下导体的平衡和运动问题 第 一 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.掌握几种常见的安培力作用下导体运动方向的判断方法(重难点)。 内容索引 二、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和加速问题 < 一 > 安培力作用下的平衡和加速问题 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； 例1 答案　见解析 受力分析如图所示 (2)由平衡条件写出平衡方程，并求出金属杆ab受到的支持力大小和摩擦力大小。 答案　见解析 水平方向：f=F安sin θ， 即f=BILsin θ 竖直方向：FN=G-F安cos θ， 即FN=G-BILcos θ 解决安培力作用下的平衡或加速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： 总结提升 (多选)(2024·江门市高二期末)如图甲所示，一对光滑平行金属导轨与水平面成α角，两导轨的间距为l，两导轨顶端接有电源，将一根质量为m的直导体棒ab垂直放在两导轨上。已知通过导体棒的电流大小恒为I，方向由a到b，图乙为沿a→b方向观察的侧视图。若重力加速度为g，在两导轨间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在导轨上保持静止，则 A.导体棒受2个力的作用 B.安培力的方向沿斜面向上 C.安培力的大小为mgtan α D.保持通过导体棒的电流不变，改变两导轨间的磁场方向，导体棒在导轨上仍 保持静止，磁感应强度B的最小值是 例2 √ √ 导体棒受到重力、安培力、支持力共3个力的作用，故A错误； 根据左手定则可知，安培力的方向水平向右，故B错误； 由平衡条件可知，安培力的大小为F安=mgtan α，故C正确； 当安培力方向平行于导轨斜向上时，安培力最小，磁感应强度最小，根据平衡条件有IBminl=mgsin α，则磁感应强度B的最小值Bmin=，故D正确。 (2024·河源市高二期中)“电磁炮”是现代军事研究中的一项尖端科技研究课题。其工作原理是将炮架放入强磁场中，并给炮架通入高强度电流，炮架相当于放入磁场的通电直导线，在安培力的作用下加速运动，在较短的轨道上短时间内获得一个非常大的速度射出。原理示意图如图所示，已知加速轨道长度为L，轨道间距为d，炮架及炮弹的总质量为m，足够大匀强磁场垂直于轨道所在平面，磁感应强度大小为B。炮架与水平轨道垂直并接触良好。当给炮架通以大小恒为I的电流后，炮架与炮弹一起向右加速运动，不计一切阻力。求： (1)通电时，炮架受到的安培力F的大小； 例3 答案　BId 通电时，炮架受到的安培力大小为F=BId (2)离开轨道时，炮弹的速度v的大小； 答案　 离开轨道时，设炮弹的速度为v，根据动能定理可得FL=mv2-0 解得v== (3)采取哪些措施能提高炮弹的发射速度(至少提三条)。 答案　见解析 由v=可知，提高磁感应强度大小B、提高炮架的通电电流大小I、加宽导轨宽度d等都能提高炮弹的发射速度。 返回 < 二 > 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铁的正上方，直导线可自由转动。 (1)在图中画出磁感线的方向。 (2)画出OA、OB段导线的受力方向。 答案　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。  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 靠近 逆时针 4.转换研究对象法 通电直导线和条形磁铁如图戊所示放置 (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)电流对条形磁铁的作用力方向斜向　　　(选填“左上”或“右下”)；若地面粗糙，地面对条形磁铁的摩擦力水平　　　(选填“向左”或“向右”)，磁铁对地面的压力　　　(选填“大于”或“小于”)其重力。  右下 向左 大于 把一根通电的硬直导线ab放在磁场中，导线中的电流方向由b到a，如图所示，导线可以在空中自由移动和转动，俯视看，导线在安培力的作用下先顺时针转动，转过一个小角度后，接着边转动边向下移动，则虚线框内的场源可能是 例4 √ 由左手定则，结合通电导线左半部分受到安培力方向垂直纸面向里，右半部分受到安培力方向垂直纸面向外，导致通电导线俯视看顺时针转动，同时向下移动，可知磁感线方向如图所示；若为条形磁铁，左端为N极，故A正确； 若为蹄形磁铁，左端为N极，故B错误； 若为通电螺线管，电流从右侧流入左侧流出，故C错误； 若为直线电流，电流的方向垂直纸面向里，故D错误。 返回 本课结束 第 一 章 $