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1、高中物理高中物理選修選修3-1魯科版魯科版第二講第二講 習題課安培力的綜合應用習題課安培力的綜合應用第六章第六章 磁場對電流和運動電荷的作用磁場對電流和運動電荷的作用1知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方向知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方向 2理解并熟練應用安培力的計算公式理解并熟練應用安培力的計算公式FILBsin 3會用左手定則分析解決通電導體在磁場中的受力及平衡類問題會用左手定則分析解決通電導體在磁場中的受力及平衡類問題 目標定位目標定位安培力的綜合應用安培力的綜合應用預習導學預習導學安培力的綜合應用安培力的綜合應用1、安培安培 右手螺旋右手螺旋 （1）安培定則安培定
2、則 右右 拇指拇指 電流方向電流方向 磁感線環(huán)繞的方向磁感線環(huán)繞的方向 右手螺旋定則右手螺旋定則 (2) 右右 環(huán)形電流環(huán)形電流 軸線軸線 (3) 匝匝環(huán)形電流環(huán)形電流 疊加疊加 內(nèi)部內(nèi)部 條形磁鐵條形磁鐵 北極北極 4、（、（1）BIL 0 ILBsin （2）左手左手 左左 垂直垂直 電流電流 安培力安培力 （3）B和和I 一、安培力作用下物體運動方向的判斷方法一、安培力作用下物體運動方向的判斷方法通電導體在磁場中的運動實質是在磁場對電流的安培力作用通電導體在磁場中的運動實質是在磁場對電流的安培力作用下導體的運動下導體的運動 . 電流元法電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運用左手定
3、則判斷出每小段電流元即把整段電流等效為多段直線電流元，運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受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向. 特殊位置法特殊位置法把電流或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從把電流或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運動方向而確定運動方向. 等效法等效法環(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等效成環(huán)形環(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)形電流來分析電流或通電螺線管通電螺線管也可以等效成很
4、多匝的環(huán)形電流來分析課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用. 利用結論法利用結論法(1)兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；斥；(2)兩電流不平行時，有轉動到相互平行且方向相同的趨勢兩電流不平行時，有轉動到相互平行且方向相同的趨勢. .轉換研究對象法轉換研究對象法因為電流之間，電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律。定性分因為電流之間，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磁場作用的受力和運動時，可先分析電流在磁體的磁場中析磁體在電流磁場作用的受力和運動時，可先分析電流在磁
5、體的磁場中受到的安培力，然后有牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力受到的安培力，然后有牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用【例例1】如圖如圖7所示，兩條導線相互垂直，所示，兩條導線相互垂直，但相隔一段距離其中但相隔一段距離其中AB固定，固定，CD能能自由自由 活動，當直線電流按圖示方向通入活動，當直線電流按圖示方向通入兩條導線時，導線兩條導線時，導線CD將將(從紙外向紙里從紙外向紙里看看)()A順時針方向轉動同時靠近導線順時針方向轉動同時靠近導線ABB逆時針方向轉動同時離開導線逆時針方向轉動同時離開導線ABC順時針方向轉動同時離開導線順時
6、針方向轉動同時離開導線ABD逆時針方向轉動同時靠近導線逆時針方向轉動同時靠近導線ABFF圖圖7FD課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用【例例1】如圖如圖7所示，兩條導線相互垂直，所示，兩條導線相互垂直，但相隔一段距離其中但相隔一段距離其中AB固定，固定，CD能能自由自由 活動，當直線電流按圖示方向通入活動，當直線電流按圖示方向通入兩條導線時，導線兩條導線時，導線CD將將(從紙外向紙里從紙外向紙里看看)()A順時針方向轉動同時靠近導線順時針方向轉動同時靠近導線ABB逆時針方向轉動同時離開導線逆時針方向轉動同時離開導線ABC順時針方向轉動同時離開導線順時針方向轉動同時離開導線ABD逆時
7、針方向轉動同時靠近導線逆時針方向轉動同時靠近導線AB借題發(fā)揮電流在非勻強磁借題發(fā)揮電流在非勻強磁場中受力運動的判斷：不管場中受力運動的判斷：不管是電流還是磁體，對通電導是電流還是磁體，對通電導線的作用都是通過磁場來實線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導線現(xiàn)的，因此必須要清楚導線所在位置的磁場分布情況，所在位置的磁場分布情況，然后結合左手定則準確判斷然后結合左手定則準確判斷導線的受力情況或將要發(fā)生導線的受力情況或將要發(fā)生的運動的運動課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用D【例例2】如圖如圖8所示，把輕質導線圈用絕所示，把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵緣細線懸掛在磁鐵N極附近，
8、磁鐵的軸極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是運動情況是()A線圈向左運動線圈向左運動 B線圈向右運動線圈向右運動C從上往下看順時針轉動從上往下看順時針轉動 D從上往下看逆時針轉動從上往下看逆時針轉動解析解析 解法一：電流元法解法一：電流元法 根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運的合力水平向左，故線圈向左運動只有選項動只有選項A正確正確課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用NSBFBFA【例例2】如圖如圖8所示，把
9、輕質導線圈用絕所示，把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是運動情況是()A線圈向左運動線圈向左運動 B線圈向右運動線圈向右運動C從上往下看順時針轉動從上往下看順時針轉動 D從上往下看逆時針轉動從上往下看逆時針轉動解析解析 解法二：等效法解法二：等效法 將環(huán)形電流等效成小磁針，如將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知引知,線圈將向左運動，選線圈將向左運動，選A.A課堂講
10、義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用NSNS二、安培力作用下的導線的平衡二、安培力作用下的導線的平衡1解決安培力作用下的平衡與解一般物體平衡方法類似，解決安培力作用下的平衡與解一般物體平衡方法類似，只是多畫出一個安培力。只是多畫出一個安培力。一般解題步驟為：一般解題步驟為：（1）明確研究對象；）明確研究對象；（ 2）先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流）先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流 的方向、磁場的方向標注在圖上的方向、磁場的方向標注在圖上（3）根據(jù)平衡條件：）根據(jù)平衡條件：F合合0列方程求解求解。列方程求解求解。課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用預習
11、導學預習導學安培力的綜合應用安培力的綜合應用2分析求解安培力時注意的問題分析求解安培力時注意的問題（1）首先畫出通電導線所在處的磁感線的方向，再根）首先畫出通電導線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；據(jù)左手定則判斷安培力方向；(2)安培力大小與導線放置的角度有關，但一般情況安培力大小與導線放置的角度有關，但一般情況下只要求導線與磁場垂直的情況，其中下只要求導線與磁場垂直的情況，其中L為導線垂為導線垂直于磁場方向的長度為有效長度直于磁場方向的長度為有效長度【例例3】(2012淮安高二檢測淮安高二檢測)如圖如圖1所示，所示，質量質量m0.1 kg的導體棒靜止于傾角為的導體棒靜止于傾
12、角為30的斜面上，導體棒長度的斜面上，導體棒長度L0.5 m通入垂直紙面向里的電流，電流大通入垂直紙面向里的電流，電流大小小I2 A，整個裝置處于磁感應強度，整個裝置處于磁感應強度B0.5 T，方向豎直向上的勻強磁場中求：，方向豎直向上的勻強磁場中求：(取取g10 m/s2)(1)導體棒所受安培力的大小和方向；導體棒所受安培力的大小和方向；(2)導體棒所受靜摩擦力的大小和方向導體棒所受靜摩擦力的大小和方向(1)安培力安培力F安安=ILB=20.50.5 0.5 N，由左手定則可知安培力的方向由左手定則可知安培力的方向水平向右水平向右在在x軸方向上有：軸方向上有：mgsin FfF安安cos ，
13、 解得解得Ff0.067 N.負號說明靜摩擦力的方向與假設負號說明靜摩擦力的方向與假設的方向相反，即沿斜面向上的方向相反，即沿斜面向上F安安mgFNFfy解析解析x圖圖1(2)建立如圖坐標系，分解重力和建立如圖坐標系，分解重力和安培力在安培力在x軸方向上，設導體軸方向上，設導體棒受的靜摩擦力大小為棒受的靜摩擦力大小為Ff，方向，方向沿斜面向下沿斜面向下課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用三、安培力和牛頓第二定律的結合三、安培力和牛頓第二定律的結合解決安培力作用下的力學綜合問題，同樣遵循力學的規(guī)解決安培力作用下的力學綜合問題，同樣遵循力學的規(guī)律。做好全面受力分析是前提，無非就是多了一
14、個安培律。做好全面受力分析是前提，無非就是多了一個安培力，其次要根據(jù)題設條件明確運動狀態(tài)，再恰當選取物力，其次要根據(jù)題設條件明確運動狀態(tài)，再恰當選取物理規(guī)律列方程求解。理規(guī)律列方程求解。課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用【例例4】如圖所示，光滑的平行導如圖所示，光滑的平行導軌傾角為軌傾角為，處在磁感應強度為，處在磁感應強度為B的的勻強磁場中，導軌中接入電動勢為勻強磁場中，導軌中接入電動勢為E、內(nèi)阻為、內(nèi)阻為r的直流電源電路中有的直流電源電路中有一阻值為一阻值為R的電阻，其余電阻不計，的電阻，其余電阻不計，將質量為將質量為m、長度為、長度為L的導體棒由靜的導體棒由靜止釋放，止釋放，
15、 求導體棒在釋放瞬間的加求導體棒在釋放瞬間的加速度的大小速度的大小受力分析如圖所示受力分析如圖所示 解析解析課堂講義課堂講義安培力的綜合應用安培力的綜合應用FmgFN安培力作用下導體的運動安培力作用下導體的運動力的作用是相互的，雖然力的作用是相互的，雖然電流不同，但是兩圓環(huán)的電流不同，但是兩圓環(huán)的受力大小相等受力大小相等同向電流相互吸引同向電流相互吸引B對點練習對點練習安培力的綜合應用安培力的綜合應用1.兩個相同的輕質鋁環(huán)能在一個光滑的絕兩個相同的輕質鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動，設大小不同的電緣圓柱體上自由移動，設大小不同的電流按如圖所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩流按如圖所示的方向通入
16、兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運動情況是環(huán)的運動情況是 （ ）A.都繞圓柱體轉動都繞圓柱體轉動B.彼此相向運動，且具有大小相等的加彼此相向運動，且具有大小相等的加速度速度C.彼此相向運動，電流大的加速度大彼此相向運動，電流大的加速度大D.彼此背向運動，電流大的加速度大彼此背向運動，電流大的加速度大安培力作用下導體的平衡安培力作用下導體的平衡mgFTD對點練習對點練習安培力的綜合應用安培力的綜合應用安培力和牛頓第二定律的結合安培力和牛頓第二定律的結合4.澳大利亞國立大學制成了能把澳大利亞國立大學制成了能把2.2 g的彈體的彈體(包括金屬桿包括金屬桿EF的質量的質量)加速到加速到10 km/s的電磁炮的電磁炮(常規(guī)炮彈常規(guī)炮彈的速度約為的速度約為2 km/s)如圖所示，如圖所示，若軌道寬為若軌道寬為2 m，長為，長為100 m，通，通過的電流為過的電流為10 A，試求軌道間所，試求軌道間所加勻強磁場的磁感應強度加勻強磁場的磁感應強度 (軌道摩軌道摩擦不計擦不計)解析解析對點練習對點練習安培力的綜合應用安培力的綜合應用再見再見
高中物理 第六章 第二講 磁場對電流和運動電荷的作用課件 魯科版選修31
