【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第1章1.安培力課件

第一章1.安培力基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標學習目標1.結合實例的分析,體會判斷安培力方向的方法。(物理觀念)2.會推導安培力公式F=ILB或F=ILBsinθ,能夠通過模型構建,解決涉及安培力的平衡問題或運動問題。(科學思維)3.通過實驗探究安培力的方向與電流的方向、磁感應強度的方向之間的關系。(科學探究)基礎落實·必備知識全過關一、安培力的方向1.認識安培力安培于1820年首先發(fā)現(xiàn)通電導線在磁場中受到力的作用。定義:磁場對

的作用力。

兩根相互平行、距離很近的通電直導線,當給導線通以相同的電流時,兩根導線靠近;當給導線通以相反的電流時,兩根導線遠離。通電導線2.安培力的方向用

判斷。判斷方法:伸出左手,四指并攏,使大拇指和其余四指

,并且都跟手掌在同一個平面內(nèi),讓磁感線垂直穿過

,四指指向

,則

所指方向就是通電導線所受安培力的方向。

與電流方向、磁感應強度的方向都垂直安培力的方向與

方向、

方向有關。

左手定則垂直手心電流方向大拇指磁場磁場二、安培力的大小(1)當通電導線與磁場方向垂直時,磁場對通電導線的安培力F的大小與導線中的電流I、導線長度L和磁感應強度B成正比,公式為F=

。

(2)當通電導線與磁場方向平行時,導線不受安培力。

夾角影響安培力的大小(3)當通電導線與磁場方向的夾角為θ時,導線所受安培力的大小F=

。

ILBILBsinθ情境鏈接觀察安培力的方向的實驗裝置如圖所示。接通電源,待線框平衡后觀察彈簧測力計讀數(shù)

F;改變電流方向,待線框平衡后觀察彈簧測力計讀數(shù)是否改變;改變磁場方向,待線框平衡后觀察彈簧測力計讀數(shù)是否改變,并說明原因。提示

改變

改變通電線框受到了磁場對它的作用力。易錯辨析(1)安培力的方向可能與磁場方向垂直,也可能不垂直。(

)(2)通電導線在磁場中一定會受到安培力的作用。(

)(3)安培力的方向與導線方向一定垂直。(

)(4)磁感應強度的大小與導線中的電流成反比,與其受到的安培力成正比。(

)××√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一安培力的方向?qū)W探究在觀察通電直導線在磁場中所受力的方向的實驗中,實驗裝置如圖所示。(1)改變導線中電流的方向,觀察受力方向是否變化。(2)上下交換磁極的位置以改變磁場的方向,觀察受力方向是否變化。

提示

(1)變化

(2)變化

知識歸納1.安培力方向的特點(1)當電流方向跟磁場方向垂直時,安培力的方向、磁場方向和電流方向兩兩相互垂直。應用左手定則判斷時,磁感線垂直穿過掌心,拇指、其余四指和磁感線三者方向兩兩垂直。(2)當電流方向跟磁場方向不垂直時,安培力的方向仍垂直于電流方向,也垂直于磁場方向。應用左手定則判斷時,拇指與四指、拇指與磁感線方向均垂直,但磁感線與四指方向不垂直。2.安培定則與左手定則對比理解

比較項安培定則左手定則應用判斷電流產(chǎn)生的磁場方向判斷通電導線在磁場中的受力方向因果關系電流是因,磁場是果電流和磁場都是因,安培力是果結論判斷安培力的方向不是用安培定則,而是用左手定則3.平行通電直導線間的相互作用同向電流相互吸引,反向電流相互排斥。特別提示

判斷安培力方向時首先要確定磁場與電流所在的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。應用體驗【例1】

(2023北京順義高二模擬)在下列圖中,標出的磁場B的方向、通電直導線中電流I的方向正確的是(

)C解析

A項中根據(jù)左手定則可知電流方向應水平向右,故A錯誤;B項中根據(jù)左手定則可知磁場方向應水平向左,故B錯誤;C項中根據(jù)左手定則可知電流方向垂直紙面向外,故C正確;D項中根據(jù)左手定則可知磁場方向應垂直紙面向外,故D錯誤。方法技巧

左手定則應用的兩個要點(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場的方向,所以應用左手定則時,必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直,所以磁場方向可能與四指方向成某一夾角,此時要對磁場方向進行分解,但四指一定要指向電流方向。對點演練1(多選)如圖所示的裝置可演示磁場對通電導線的作用。電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導軌,L是置于導軌上并與導軌垂直的金屬桿。當電磁鐵線圈兩端a、b,導軌兩端e、f,分別接到兩個不同的直流電源上時,L便在導軌上滑動,下列說法正確的是(

)A.若a接正極、b接負極,e接正極、f接負極,則L向右滑動B.若a接正極、b接負極,e接負極、f接正極,則L向右滑動C.若a接負極、b接正極,e接正極、f接負極,則L向左滑動D.若a接負極、b接正極,e接負極、f接正極,則L向左滑動BD解析

若a接正極、b接負極,由安培定則(右手螺旋定則)知電磁鐵上下兩磁極間磁場方向向上;若e接正極、f接負極,由左手定則知L所受的安培力向左,L向左滑動;若e接負極、f接正極,L所受的安培力向右,L向右滑動,A錯誤,B正確。同理,若a接負極、b接正極,磁場方向向下;e接正極、f接負極,L所受的安培力向右,L向右滑動;e接負極、f接正極,L所受的安培力向左,L向左滑動,故C錯誤,D正確。探究點二安培力的大小導學探究處在勻強磁場中的通電導線,如果放置的方式不同(可能如圖中三種方式),其所受安培力的大小是否相同?提示

放置方式不同,通電導線所受的安培力大小可能不同。

知識歸納(1)公式F=ILB中L指的是“有效長度”。當B與I垂直時,F最大,F=ILB;當B與I平行時,F=0。(2)彎曲導線的有效長度L等于連接兩端點線段的長度l(如圖所示)。相應的電流沿該線段由始端流向末端。(3)若磁場方向和電流方向成θ角,如圖所示,可以將磁感應強度B正交分解成B⊥=Bsinθ和B∥=Bcosθ,而B∥對通電導線是沒有作用力的。所以F=ILB⊥=ILBsinθ。(4)當電流同時受到幾個安培力時,則電流所受的安培力為這幾個安培力的矢量和。應用體驗【例2】

如圖所示,用電阻率為ρ、橫截面積為S、粗細均勻的電阻絲折成平面梯形框架,ab、cd邊均與ad邊成60°角,ab=bc=cd=L?？蚣芘c一電動勢為E、內(nèi)阻忽略不計的電源相連接。垂直于豎直框架平面有磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場,則框架受到安培力的合力的大小和方向分別為(

)A解析

方法1:根據(jù)左手定則判斷出電阻絲各段受到的安培力的方向,如圖所示,設電阻絲abcd的電阻為3r,由幾何關系得,電阻絲ad段的長度為2L、電阻為2r;電阻絲abcd的電流為I1=,電阻絲ad對點演練2(2023湖北高二期末)如圖所示,用粗細均勻的電阻絲折成平面框架abcd。其中ab、cd邊與bc邊夾角均為120°,ab=bc=cd=L,長度為L的電阻絲電阻為R0,框架與一電動勢為E、內(nèi)阻r=0.5R0的電源相連接,垂直于框架平面有磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場,則框架abcd所受安培力的大小為(

)B探究點三安培力作用下導體的平衡導學探究如圖所示,相距為d、傾角為α的光滑平行導軌處于豎直向上的勻強磁場B中,一質(zhì)量為m的導體棒恰處于平衡狀態(tài)。(1)判斷此時導體棒所受安培力的方向。(2)導體棒受到幾個力的作用而平衡?提示

(1)導體棒所受安培力的方向為水平向右。(2)導體棒受到重力、彈力和安培力3個力的作用而平衡。知識歸納1.安培力作用下導體棒的平衡問題題目所給出的圖一般為“立體圖”,如果把導體棒的受力直接畫在導體棒上,則較為抽象,不利于問題的求解,一般把抽象的立體圖轉換為直觀的“平面圖”。2.畫平面圖時應準確標明各輔助要素應先標明磁感應強度B的方向、電流的方向、導體棒端點的名稱、磁感應強度B的方向與平面的夾角、磁感應強度B的方向與電流的夾角、線框與水平面或與豎直面之間的夾角等,然后根據(jù)安培力方向一定垂直于電流和磁場所決定的平面的特點準確畫出安培力的方向。3.安培力作用下平衡問題解題的基本步驟

特別提示

在對導體進行受力分析時,安培力的方向易畫錯,因此應注意以下兩點:(1)受力分析時,將表示磁場的箭頭在受力圖旁邊標出,便于確定安培力的方向;(2)畫完圖后,要檢查一下,看安培力是否垂直于B和I所決定的平面。應用體驗【例3】

(多選)(2023河北唐山開灤第二中學高二期末)如圖所示,金屬桿ab的質(zhì)量為m,長為L,通過的電流為I,處在磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向與導軌平面夾角為θ且斜向上,金屬桿ab靜止于水平導軌上,則(

)A.金屬桿受到的安培力大小為BILsinθB.金屬桿受到的安培力大小為BILcosθC.金屬桿受到的摩擦力大小為BILsinθD.金屬桿對導軌的壓力大小為mg-BILcosθCD解析

金屬桿的受力分析如圖所示,電流方向與磁場方向垂直,則金屬桿受到的安培力大小為F=BIL,根據(jù)受力平衡可得金屬桿受到的摩擦力大小為f=Fsin

θ=BILsin

θ,金屬桿受到的支持力大小為N=mg-Fcos

θ=mg-BILcos

θ,由牛頓第三定律知金屬桿對導軌的壓力為N壓=N=mg-BILcos

θ。故選C、D。對點演練3(多選)(2023重慶巴蜀中學高二期末)如圖所示,水平放置的兩導軌P、Q間的距離d=0.5m,導軌間有方向豎直向上、磁感應強度B=2T的勻強磁場,垂直于導軌放置的ab棒的質(zhì)量m=1kg,系在ab棒中點的水平輕繩跨過定滑輪與重物G相連。已知ab棒與導軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,電源的電動勢E=10V、內(nèi)阻r=0.1Ω,導軌及ab棒的電阻均不計。當滑動變阻器R=0.9Ω時,ab棒處于靜止狀態(tài)且僅受四個力作用,g取10m/s2,下列選項正確的是(

)A.重物的質(zhì)量為1kgB.ab棒保持靜止,滑動變阻器R的最小值為0.4ΩC.ab棒保持靜止,滑動變阻器R的最大值為1.15ΩD.若將磁場反向,調(diào)節(jié)滑動變阻器,仍可讓系統(tǒng)平衡AC學以致用·隨堂檢測全達標12341.(安培力的方向)如圖所示,一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面(紙面)上,銅線所在空間有一勻強磁場,磁場方向豎直向下。當銅線通有順時針方向的電流時,銅線所受安培力的方向(

)A.向前

B.向后C.向左

D.向右A解析

根據(jù)左手定則可知,安培力的方向一定和磁場方向垂直,同時一定和電流方向垂直,當銅線通有順時針方向的電流時,可等效為銅線通有向右的電流,故銅線所受安培力的方向向前,A正確。12342.(左手定則的應用)(2023吉林白城高二期末)某新型電磁船的實物圖和俯視圖如圖所示,MM'、NN'為固定在船底的平行金屬板,海水可以在它們之間貫穿而過。船上裝有產(chǎn)生強磁場的裝置,可在兩平行金屬板間海水中的虛線框內(nèi)產(chǎn)生強磁場。直流電源接在M、N間,導電的海水在磁場作用下即可推動該船運動。閉合開關S后,要使船向左運動,虛線框中的磁場方向(

)A.豎直向上 B.豎直向下C.水平向左 D.水平向右A解析

要使船向左運動,船受到的作用力應向左,根據(jù)力的相互作用可知海水受到向右的安培力,根據(jù)左手定則可知虛線框中的磁場方向豎直向上。故選A。123412343.(安培力的大小)(2023湖南益陽高二期末)如圖所示,將長為2L的直導線折成邊長相等、夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中,磁感應強度為B。當導線中通以電流I時,該V形通電導線受到的安培力大小為(

)D解析

根據(jù)題意,由題圖可知,導線的有效長度為L'=2Lsin

30°=L,該V形通電導線受到的安培力大