第1章 专题提升课2 安培力作用下导体的运动-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步课件（人教版·新教材）

专题提升课2　安培力作用下导体的运动 内 容 索 引 思维进阶 重难突破 1 1 随堂演练 巩固落实 2 思维进阶 重难突破 第一部分 3 微专题一　“四种方法”分析导体的运动 1．电流元法 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，直导线可自由转动。 把直线电流等效为AO、BO两段电流元，如图乙所示，导线将逆时针转动(俯视)。 返回导航 2．特殊位置法 如图丙所示，将导线逆时针转过90°的特殊位置来分析，可知安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动，绳子拉力变大。 返回导航 3．等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可等效成条形磁体或多个环形电流，反过来等效也成立。 如图丁所示，把环形电流等效成小磁针，可知环形电流受到的安培力方向向左。 返回导航 4．推论法 (1)两直线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，有转动到相互平行且方向相同的趋势。如图戊所示，两条有限长导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB是固定的，CD能自由活动，当直流电流按如图戊所示方向通过两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)逆时针方向转动，同时靠近导线AB。 返回导航 典型例题共研 例1　【教材经典P21第2题】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 (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 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。 返回导航 题后小结 例2　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 C　 返回导航 [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 1．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。 2．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。 返回导航 题后小结 例3　如图所示，在俯视视角下的光滑水平面上有一辆东西放置的匀质小车处于静止状态，小车车头朝西，内部有如图所示的电路，且R1<R2。在小车旁架设一根直导线，当通入自东向西的电流后，只考虑直导线电流产生磁场的作用，下列说法正确的是(　　) A．小车将朝西前进，且车尾朝向直导线偏转 B．小车将朝东前进，且车尾朝向直导线偏转 C．小车不会前进或后退，且车头朝向直导线偏转 D．小车不会前进或后退，但整车远离直导线偏移 C　 返回导航 [解析]　直导线通入自东向西的电流，通电直导线在小车处产生的磁场方向竖直向下，车中前、后两个回路在垂直于车身方向总电流为零，由左手定则可得沿车身方向安培力为零，故车不会朝西前进，也不会朝东前进，A、B错误； 车头部分含R1的回路中有顺时针方向的电流，与通电直导线相吸引，车尾部分含R2的回路中有逆时针方向的电流，与通电直导线相排斥，故C正确，D错误。 返回导航 微专题二　安培力作用下的动力学问题 例4　(2026·陕西西安市期中)如图所示，水平导轨间距L＝0.6 m，导轨电阻忽略不计。导体棒ab垂直于导轨放置，质量m＝1 kg，电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好。电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝1.5 Ω。外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成α＝53°。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)，不计其余摩擦。细绳垂直于ab且沿水平方向跨过一轻质定滑轮悬挂一重物。重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求： 典型例题共研 返回导航 (1)ab受到的安培力大小； [答案]　12 N　 返回导航 (2)重物重力G的取值范围； [答案]　8.2 N≤G≤11 N　 返回导航 (3)若重物重力G′＝20 N，由静止释放重物的瞬间金属棒加速度大小为多少。 [答案]　3 m/s2 返回导航 例5　(多选)电磁炮是一种新式兵器，其主要原理如图所示。某电磁炮能够把m＝2.2 g的炮弹(包括金属杆CD的质量)由静止加速到v＝10 km/s。若轨道宽L＝2 m，长s＝100 m，通过的电流I＝10 A，设炮弹做匀加速直线运动，忽略轨道摩擦，则(　　)  A．炮弹的加速度大小为5×102 m/s2 B．炮弹所受的安培力大小为1.1×103 N C．磁场的磁感应强度为55 T D．炮弹的最大功率为1.1×105 W BC　 返回导航 当炮弹的速度最大时功率最大，则Pm＝BIL·v＝1.1×107 W，故D错误。 返回导航 随堂演练 巩固落实 第二部分 22 1.(安培力作用下导体的运动)两条通电的直导线互相垂直，如图所示，但两导线相隔一小段距离，其中导线AB是固定的，另一条导线CD能自由转动或平动。它们通以图示方向的直流电流时，导线CD将(　　)   A．沿逆时针方向转动，同时靠近导线AB B．沿顺时针方向转动，同时靠近导线AB C．沿逆时针方向转动，同时离开导线AB D．沿顺时针方向转动，同时离开导线AB A　 返回导航 解析：根据安培定则可知，导线AB产生的磁场在右边垂直于纸面向里，在左边垂直于纸面向外，在CD左右两边各取一小电流元，根据左手定则可知，左边的电流元所受的安培力方向向下，右边的电流元所受安培力方向向上，则导线CD沿逆时针方向转动；当导线CD转过90°后，两电流为同向电流，相互吸引，所以导线CD将沿逆时针方向转动，同时靠近导线AB，故选A。 返回导航 2.(安培力作用下导体的运动)如图所示，KN和LM是圆心为O、半径分别为ON和OM的同心圆弧，在O处有电流方向垂直于纸面向外的载流直导线。用一根导线围成KLMN回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，下列说法正确的是(　　)  A．KL边受到垂直于纸面向里的力 B．线框KLMN将向右平动 C.MN边垂直于纸面向里运动 D．线框KLMN将在纸面内绕通过O点并垂直于纸面的轴转动 C　 返回导航 解析：垂直于纸面的导线，电流方向垂直于纸面向外，根据安培定则可知，其磁感线是以导线为圆心的逆时针方向的一系列同心圆，再根据左手定则可知，KL边受到的安培力垂直于纸面向外，则将垂直于纸面向外运动，故A错误； MN边受到的安培力垂直于纸面向里，则将垂直于纸面向里运动，故C正确； 从右侧观察线框KLMN做逆时针转动，故B、D错误。 返回导航 3.(导体运动的动力学问题)如图所示，在倾角θ＝37°的斜面上固定一间距L＝0.5 m的两平行光滑金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.10 T。导轨与金属棒的电阻不计，g取10 m/s2。 返回导航 (1)要使金属棒在导轨上保持静止，求金属棒受到的安培力F的大小。 解析：根据平衡条件可得mg sin θ＝F cos θ 解得安培力大小F＝0.15 N。 答案：0.15 N　 返回导航 (2)当滑动变阻器的电阻突然调节为23 Ω时，求金属棒的加速度a的大小。 答案：5 m/s2 返回导航 $