物理人教版（浙江版）選修3-1課件第三章磁場(chǎng)習(xí)題課安培力的應(yīng)用

第三章

磁場(chǎng)習(xí)題課：安培力的應(yīng)用課時(shí)要求

1.會(huì)用左手定則判斷安培力的方向和導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向.2.會(huì)分析導(dǎo)體在安培力作用下的平衡問題.3.會(huì)結(jié)合牛頓第二定律求導(dǎo)體棒的瞬時(shí)加速度．內(nèi)容索引題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)1題型探究一、安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向，常有以下幾種方法：(1)電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向．(2)特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向．(3)等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵．條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管．通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析．(4)利用結(jié)論法①兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；②兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)．(5)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律．定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可先分析電流在磁體的磁場(chǎng)中受到的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力．例1如圖1所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以在空間自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通以圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升圖1答案解析√如圖所示，將導(dǎo)線AB分成左、中、右三部分.中間一段開始時(shí)電流方向與磁場(chǎng)方向一致，不受力；左端一段所在處的磁場(chǎng)方向斜向上，根據(jù)左手定則其受力方向向外；右端一段所在處的磁場(chǎng)方向斜向下，受力方向向里.當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，中間一段電流不再與磁場(chǎng)方向平行，由左手定則可知其受力方向向下，所以從上往下看導(dǎo)線將一邊逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊向下運(yùn)動(dòng)，C選項(xiàng)正確.規(guī)律總結(jié)判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常規(guī)思路,不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)體的作用都是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，因此，此類問題可按下面步驟進(jìn)行分析：(1)確定導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)分布情況.(2)結(jié)合左手定則判斷導(dǎo)體所受安培力的方向.(3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向.二、安培力作用下導(dǎo)體的平衡1.分析安培力作用下導(dǎo)體平衡問題的解題步驟(1)明確研究對(duì)象；(2)先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流的方向、磁場(chǎng)的方向標(biāo)注在圖上；(3)正確受力分析(包括安培力)，然后根據(jù)平衡條件：F合＝0列方程求解.2.分析求解安培力時(shí)需要注意的問題(1)首先畫出通電導(dǎo)體所在處的磁感線的方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力方向；(2)安培力大小與導(dǎo)體放置的角度有關(guān)，但一般情況下只要求導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直的情況，其中L為導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的長度，為有效長度.

例2如圖2所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L＝1m.P、M間接有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E＝6V、內(nèi)阻為r＝1Ω的電源和一只滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m＝0.2kg，棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)定滑輪與一物體相連(繩與棒垂直)，物體的質(zhì)量為M＝0.3kg.棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，導(dǎo)軌與棒的電阻不計(jì)，g取10m/s2)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T，方向豎直向下，為了使物體保持靜止，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不可能的是A.2Ω B.4ΩC.5Ω D.6Ω圖2答案解析√對(duì)導(dǎo)體棒，若安培力大于拉力，由平衡條件，BImaxL＝μmg＋Mg，解得Imax＝2A，由閉合電路歐姆定律，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最小值為2Ω；若安培力小于拉力，由平衡條件得，BIminL＋μmg＝Mg，解得Imin＝1A，由閉合電路歐姆定律，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大值為5Ω；所以滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不可能是6Ω，選項(xiàng)D正確.例3如圖3所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變化情況是A.金屬棒中的電流變大，θ角變大B.兩懸線等長變短，θ角變小C.金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D.磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小答案解析√圖3選金屬棒MN為研究對(duì)象，其受力情況如圖所示.根據(jù)平衡條件及三角形知識(shí)可得tanθ＝

，所以當(dāng)金屬棒中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大時(shí)，θ角變大，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時(shí)，θ角變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；θ角的大小與懸線長短無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.三、安培力和牛頓第二定律的綜合例4如圖4所示，光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌中接入電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的直流電源.電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計(jì)，將質(zhì)量為m、長度為L的導(dǎo)體棒由靜止釋放，求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大小.圖4答案解析對(duì)導(dǎo)體棒受力分析如圖所示，導(dǎo)體棒受重力mg、支持力FN和安培力F，由牛頓第二定律得：mgsinθ－Fcosθ＝ma①F＝BIL②由①②③式可得達(dá)標(biāo)檢測(cè)21.兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個(gè)光滑的絕緣圓柱體上自由移動(dòng)，設(shè)大小不同的電流按如圖5所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是A.都繞圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)B.彼此相向運(yùn)動(dòng)，且具有大小相等的加速度C.彼此相向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大D.彼此背向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大答案√1234圖52.如圖6所示，兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距離.其中AB固定，CD能自由活動(dòng)，當(dāng)電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙里看)A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABC.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABD.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線AB√圖6答案解析1234(1)根據(jù)電流元分析法，把導(dǎo)線CD等效成CO、OD兩段導(dǎo)線.由安培定則畫出CO、OD所在位置由AB導(dǎo)線中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，由左手定則可判斷CO、OD受力如圖甲所示，可見導(dǎo)線CD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).(2)由特殊位置分析法，讓CD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，如圖乙所示，并畫出CD此時(shí)位置AB導(dǎo)線中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線分布，據(jù)左手定則可判斷CD受力垂直于紙面向里，可見導(dǎo)線CD靠近導(dǎo)線AB，故D選項(xiàng)正確.12343.如圖7所示，條形磁鐵平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面向外的電流，則下列說法正確的是A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大C.磁鐵對(duì)桌面的壓力不變D.以上說法都不對(duì)√答案解析圖71234本題直接判斷通電導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力不是很方便，可以先判斷磁鐵對(duì)通電導(dǎo)線的作用力的方向.由左手定則可判斷出通電導(dǎo)線受到磁鐵豎直向下的安培力作用，由牛頓第三定律可知，通電導(dǎo)線對(duì)磁鐵有豎直向上的反作用力.對(duì)磁鐵受力分析，易知磁鐵對(duì)桌面的壓力減小.12344.如圖8所示，一根通電的直導(dǎo)體放在傾斜的粗糙斜面上，置于圖示方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)增大電流，導(dǎo)體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導(dǎo)體棒受到的摩擦力的大小變化情況可