第1章 专题课：安培力的应用(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册学生用书（人教版）

专题课:安培力的应用 学习任务一　判断安培力作用下导体的运动情况 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [科学思维] 判断安培力作用下通电导线和通电线圈运动方向的步骤: (1)明确研究对象(导体); (2)画出导体所在位置的磁感线方向; (3)由左手定则确定导体受到的安培力方向; (4)由导体的受力情况判断导体的运动情况. [科学探究] 在玻璃器皿的中心放一个圆柱形的电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,把它们分别与电池的 两极相连,然后再在玻璃器皿中放入导电液体,例如盐水,若把玻璃器皿放在磁场中,如图所示,那么从上往下看,液体沿　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)方向转动.  例1 (多选)如图所示,两根无限长直导线a、b相互垂直,a通过细线悬挂在天花板上且可自由转动,b通过绝缘支架固定在地面上.现同时给a通以沿导线向右的电流,给b通以沿导线向外的电流.下列说法正确的是 (　) A.刚通电流时,导线a左半部分垂直纸面向里转,右半部分垂直纸面向外转 B.刚通电流时,导线a左半部分垂直纸面向外转,右半部分垂直纸面向里转 C.导线a转动90°时,细线对a的拉力大于导线的重力 D.导线a转动90°时,细线对a的拉力小于导线的重力 变式 [2026·河南郑州外国语学校高二月考] 如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于固定直导线上方,两者在同一竖直平面内,线圈可以自由运动,当给两者通以图示电流时,线圈将 (　) A.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内 B.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内 C.靠近直导线,同时发生旋转 D.远离直导线,同时发生旋转 【要点总结】 安培力作用下导体运动方向判断的方法 电流元法 每段电流元所受安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向 特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→运动方向 等效法 (1)环形电流→小磁针→条形磁铁 (2)通电螺线管→多个环形电流 学习任务二　安培力作用下的平衡问题 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [科学思维] 求解安培力作用下导体的平衡问题的基本思路: 例2 [2026·北京西城区高二期末] 如图所示,重力为G的金属杆ab垂直放在水平导轨上,处在匀强磁场中,磁场方向与水平面成θ角斜向上.开关S闭合后金属杆在导轨上保持静止,从b端看,正确表示金属杆受力示意图的是 (　) A B C D 例3 (多选)[2026·河北泊头一中高二月考] 如图所示,某新能源汽车测试中心在调试车载电磁制动系统时,做了如下测试.车载电磁制动系统空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为0.8 T.间距为1.25 m、倾角为37°的平行绝缘倾斜导轨固定在该空间,将质量为0.2 kg、长度略大于1.25 m的导体棒ab垂直于导轨放置,导体棒与导轨间的动摩擦因数为0.5.已知导体棒与导轨间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.为使导体棒保持静止,导体棒中通入由a到b的电流,则电流的可能值为 (　) A.2.0 A B.3.5 A C.4.5 A D.5.0 A 【要点总结】 安培力作用下导体的平衡问题的求解关键可以简单概括为两点: (1)电磁问题力学化,即把电磁问题通过受力分析,归结为力学问题. (2)立体图形平面化,想很好地分析物体受力的平衡问题,把立体图形转化为平面图是关键. 立体图 平面图 学习任务三　安培力作用下导体的加速问题 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [科学思维] 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. 例4 [2026·江苏东海高级中学高二期中] 如图是用电磁弹射技术制造的电磁枪原理图,质量为m的弹体可在间距为d的两平行水平轨道之间自由滑动,并与轨道保持良好接触.恒定电流I从M轨道左边流入,通过弹体后从N轨道左边流回.轨道电流在弹体处产生垂直于轨道面的磁场,可视为匀强磁场,磁感应强度的大小与电流成正比.通电弹体在安培力作用下加速距离L后从轨道右边以速度v高速射出.下列说法中正确的是 (　) A.弹体在轨道上滑动时受到的安培力逐渐变小 B.若电流增大,轨道长度不变,则弹体射出速度不变 C.若轨道长度增大,电流大小不变,则弹体射出速度变小 D.若电流I从N轨道左边流入,M轨道左边流回,则弹体仍向右边射出 [反思感悟] 　     ----素养提升---- 电流天平的原理和应用 电流天平是根据等臂杠杆的原理制成的,可以用来测量导线在磁场中受到的安培力和磁场的磁感应强度.如图所示是它的原理示意图,天平左盘放砝码,右盘下悬挂线框,线框处于磁场中.当线框没有通电时,天平处于平衡状态. 线框通电后,ab、bc、cd边均受到安培力的作用.根据左手定则可知,ab、cd边受到的安培力等大反向,互相抵消,bc边受到的安培力方向竖直向下,天平平衡被破坏.通过在左盘中加砝码可使天平重新平衡,根据所加砝码的质量可以推知线框所受安培力的大小F.再根据F=nIlB,由线框的匝数n、bc边长度l、电流I可求磁场的磁感应强度B的大小. 示例　[2026·陕西西安高新一中高二期中] 某同学设计了一种天平,其装置如图所示.两相同的同轴圆线圈M、N水平固定,圆线圈P与M、N共轴且平行等距.初始时,线圈M、N通以等大反向的恒定电流后,在线圈P处产生沿半径方向的磁场,线圈P内无电流且天平平衡.设从上往下看顺时针方向为正向.某次测量时,当左托盘放入重物(且保持不变)后,控制线圈P中通入的电流可使P仍在原位置且天平平衡,则 (　) A.设计该天平是为了测量线圈P中的电流大小 B.若P处磁场方向沿半径向内,则在P中通入正向电流 C.若P处磁场方向沿半径向外,则在P中通入正向电流 D.要测量P处的磁感应强度,只需知道重物的重力和P中的电流 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(安培力作用下导体的运动情况)用两根绝缘细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来,将二者等高平行放置,如图所示,当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时,两导线环 (　) A.相互吸引 B.相互排斥 C.无相互作用力 D.先吸引后排斥 2.(安培力作用下导体的平衡问题)质量为m、长为l的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上,整个装置处于竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中,直导体棒中通有恒定电流,平衡时导体棒和圆弧圆心的连线与竖直方向成30°角,其截面图如图所示,重力加速度为g,则导体棒中电流方向、大小分别为 (　) A.垂直于纸面向外, B.垂直于纸面向里, C.垂直于纸面向外, D.垂直于纸面向里, 3.(安培力作用下的加速问题)[2026·江西宜春中学高二月考] 如图所示,通电直导体棒放在倾角为θ的光滑斜面上,并处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.当电流为I时,导体棒恰好处于平衡状态,若电流突然反向(电流大小不变),则该导体棒的加速度大小为(已知重力加速度为g) (　) A.gsin θ B.gsin θ C.2gsin θ D.3gsin θ 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题课:安培力的应用 [科学探究] 逆时针 例1　AC　[解析] 根据安培定则可知通电导线b在其周围产生的磁场为逆时针方向,如图所示,将导线a处的磁场分解为竖直方向和水平方向,根据左手定则可知导线a左半部分受到的安培力垂直纸面向里,右半部分受到的安培力垂直纸面向外,转过90°时,a、b电流方向相同,彼此之间相互吸引,所以细线对a的拉力大于导线重力,故选A、C. 变式　B　[解析] 由右手螺旋定则判断出直导线的磁场,线圈在直导线上边,所处的磁场方向垂直纸面向里,由左手定则判断线圈的受力情况,左、右部分大小相等,方向相反,相互抵消;上部分所受安培力向上,下部分所受安培力向下,但由于直导线周围磁感应强度的大小与它到导线的距离成反比,线圈下部分受力比上部分受力大,则合力向下,所以线圈向下运动靠近通电长直导线,而不会发生转动,仍在同一竖直平面内.故选B. 例2　B　[解析] 由左手定则知,金属杆所受安培力垂直于磁场方向斜向左上方,金属杆保持静止,由平衡条件可知,金属杆一定受到向右的摩擦力,金属杆也一定受到支持力,以及重力,受力示意图如图所示,故选B. 例3　AB　[解析] 导体棒恰好不下滑时,则有mgsin 37°=μ(mgcos 37°+BI1Lsin 37°)+BI1Lcos 37°,解得I1= A,导体棒恰好不上滑时,则有mgsin 37°+μ(mgcos 37°+BI2Lsin 37°)=BI2Lcos 37°,解得I2=4.0 A,所以电流的可能值为0.36 A≤I≤4.0 A,故选A、B. 例4　D　[解析] 弹体在轨道上滑动时电流不变,磁感应强度不变,轨道间距离不变,根据F=BIL可知弹体在轨道上滑动时受到的安培力不变,故A错误;若电流增大,则安培力增大,根据牛顿第二定律可知加速度变大,轨道长度不变,根据v2=2aL,可得v=,加速度变大,则弹体射出速度变大,故B错误;轨道长度增大,根据v=可知弹体射出速度变大,故C错误;若电流I从N轨道左边流入,M轨道左边流回,电流方向改变,同时磁感应强度方向也发生改变,根据左手定则可知弹体所受安培力方向不变,弹体仍向右边射出,故D正确. 素养提升 示例　B　[解析] 测量时,通过控制线圈P中通入的电流使P仍在原位置且天平平衡,因此P中的电流大小是变量,设计该天平不是为了测量线圈P中的电流大小,故A错误;当左托盘放入重物后,要使线圈P仍在原位置且天平平衡,则需要使线圈P受到竖直向下的安培力,由左手定则可知,若P处磁场方向沿半径向内,可在P中通入正向电流,若P处磁场方向沿半径向外,则在P中通入负向电流,故B正确,C错误;由mg=IlB可知,若要测量P处的磁感应强度,除需知道重物的重力和P中的电流外,还需知道线圈P的长度,故D错误. 随堂巩固 1.A　[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体产生力的作用.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,可知两导线环相互吸引,故A正确. 2.B　[解析] 对导体棒受力分析,导体棒受到水平向右的安培力,则电流的方向垂直于纸面向里,由平衡条件可知mgtan 30°=IlB,解得I=,故B正确. 3.C　[解析] 当电流为I时有BIL=mgsin θ,当电流突然反向时有BIL+mgsin θ=ma,联立得该导体棒的加速度大小为a=2gsin θ,故选C. 学科网（北京）股份有限公司 $