高中物理 第六章 第二讲 磁场对电流和运动电荷的作用课件 鲁科版选修31

高中物理高中物理选修选修3-1鲁科版鲁科版第二讲第二讲 习题课安培力的综合应用习题课安培力的综合应用第六章第六章 磁场对电流和运动电荷的作用磁场对电流和运动电荷的作用1知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向 2理解并熟练应用安培力的计算公式理解并熟练应用安培力的计算公式FILBsin 3会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题 目标定位目标定位安培力的综合应用安培力的综合应用预习导学预习导学安培力的综合应用安培力的综合应用1、安培安培 右手螺旋右手螺旋 （1）安培定则安培定则 右右 拇指拇指 电流方向电流方向 磁感线环绕的方向磁感线环绕的方向 右手螺旋定则右手螺旋定则 (2) 右右 环形电流环形电流 轴线轴线 (3) 匝匝环形电流环形电流 叠加叠加 内部内部 条形磁铁条形磁铁 北极北极 4、（、（1）BIL 0 ILBsin （2）左手左手 左左 垂直垂直 电流电流 安培力安培力 （3）B和和I 一、安培力作用下物体运动方向的判断方法一、安培力作用下物体运动方向的判断方法通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动下导体的运动 . 电流元法电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向. 特殊位置法特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向而确定运动方向. 等效法等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁条形磁铁也可等效成环形环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析电流或通电螺线管通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用. 利用结论法利用结论法(1)两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；斥；(2)两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势. .转换研究对象法转换研究对象法因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律。定性分因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律。定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后有牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力受到的安培力，然后有牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用【例例1】如图如图7所示，两条导线相互垂直，所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离其中但相隔一段距离其中AB固定，固定，CD能能自由自由 活动，当直线电流按图示方向通入活动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线两条导线时，导线CD将将(从纸外向纸里从纸外向纸里看看)()A顺时针方向转动同时靠近导线顺时针方向转动同时靠近导线ABB逆时针方向转动同时离开导线逆时针方向转动同时离开导线ABC顺时针方向转动同时离开导线顺时针方向转动同时离开导线ABD逆时针方向转动同时靠近导线逆时针方向转动同时靠近导线ABFF图图7FD课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用【例例1】如图如图7所示，两条导线相互垂直，所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离其中但相隔一段距离其中AB固定，固定，CD能能自由自由 活动，当直线电流按图示方向通入活动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线两条导线时，导线CD将将(从纸外向纸里从纸外向纸里看看)()A顺时针方向转动同时靠近导线顺时针方向转动同时靠近导线ABB逆时针方向转动同时离开导线逆时针方向转动同时离开导线ABC顺时针方向转动同时离开导线顺时针方向转动同时离开导线ABD逆时针方向转动同时靠近导线逆时针方向转动同时靠近导线AB借题发挥电流在非匀强磁借题发挥电流在非匀强磁场中受力运动的判断：不管场中受力运动的判断：不管是电流还是磁体，对通电导是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生导线的受力情况或将要发生的运动的运动课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用D【例例2】如图如图8所示，把轻质导线圈用绝所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是运动情况是()A线圈向左运动线圈向左运动 B线圈向右运动线圈向右运动C从上往下看顺时针转动从上往下看顺时针转动 D从上往下看逆时针转动从上往下看逆时针转动解析解析 解法一：电流元法解法一：电流元法 根据对称性可知，线圈所受安培力根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运的合力水平向左，故线圈向左运动只有选项动只有选项A正确正确课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用NSBFBFA【例例2】如图如图8所示，把轻质导线圈用绝所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是运动情况是()A线圈向左运动线圈向左运动 B线圈向右运动线圈向右运动C从上往下看顺时针转动从上往下看顺时针转动 D从上往下看逆时针转动从上往下看逆时针转动解析解析 解法二：等效法解法二：等效法 将环形电流等效成小磁针，如将环形电流等效成小磁针，如图乙所示，根据异名磁极相吸图乙所示，根据异名磁极相吸引知引知,线圈将向左运动，选线圈将向左运动，选A.A课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用NSNS二、安培力作用下的导线的平衡二、安培力作用下的导线的平衡1解决安培力作用下的平衡与解一般物体平衡方法类似，解决安培力作用下的平衡与解一般物体平衡方法类似，只是多画出一个安培力。只是多画出一个安培力。一般解题步骤为：一般解题步骤为：（1）明确研究对象；）明确研究对象；（ 2）先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流）先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流 的方向、磁场的方向标注在图上的方向、磁场的方向标注在图上（3）根据平衡条件：）根据平衡条件：F合合0列方程求解求解。列方程求解求解。课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用预习导学预习导学安培力的综合应用安培力的综合应用2分析求解安培力时注意的问题分析求解安培力时注意的问题（1）首先画出通电导线所在处的磁感线的方向，再根）首先画出通电导线所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安培力方向；据左手定则判断安培力方向；(2)安培力大小与导线放置的角度有关，但一般情况安培力大小与导线放置的角度有关，但一般情况下只要求导线与磁场垂直的情况，其中下只要求导线与磁场垂直的情况，其中L为导线垂为导线垂直于磁场方向的长度为有效长度直于磁场方向的长度为有效长度【例例3】(2012淮安高二检测淮安高二检测)如图如图1所示，所示，质量质量m0.1 kg的导体棒静止于倾角为的导体棒静止于倾角为30的斜面上，导体棒长度的斜面上，导体棒长度L0.5 m通入垂直纸面向里的电流，电流大通入垂直纸面向里的电流，电流大小小I2 A，整个装置处于磁感应强度，整个装置处于磁感应强度B0.5 T，方向竖直向上的匀强磁场中求：，方向竖直向上的匀强磁场中求：(取取g10 m/s2)(1)导体棒所受安培力的大小和方向；导体棒所受安培力的大小和方向；(2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向导体棒所受静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，由左手定则可知安培力的方向由左手定则可知安培力的方向水平向右水平向右在在x轴方向上有：轴方向上有：mgsin FfF安安cos ， 解得解得Ff0.067 N.负号说明静摩擦力的方向与假设负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反，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图图1(2)建立如图坐标系，分解重力和建立如图坐标系，分解重力和安培力在安培力在x轴方向上，设导体轴方向上，设导体棒受的静摩擦力大小为棒受的静摩擦力大小为Ff，方向，方向沿斜面向下沿斜面向下课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用三、安培力和牛顿第二定律的结合三、安培力和牛顿第二定律的结合解决安培力作用下的力学综合问题，同样遵循力学的规解决安培力作用下的力学综合问题，同样遵循力学的规律。做好全面受力分析是前提，无非就是多了一个安培律。做好全面受力分析是前提，无非就是多了一个安培力，其次要根据题设条件明确运动状态，再恰当选取物力，其次要根据题设条件明确运动状态，再恰当选取物理规律列方程求解。理规律列方程求解。课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用【例例4】如图所示，光滑的平行导如图所示，光滑的平行导轨倾角为轨倾角为，处在磁感应强度为，处在磁感应强度为B的的匀强磁场中，导轨中接入电动势为匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为、内阻为r的直流电源电路中有的直流电源电路中有一阻值为一阻值为R的电阻，其余电阻不计，的电阻，其余电阻不计，将质量为将质量为m、长度为、长度为L的导体棒由静的导体棒由静止释放，止释放， 求导体棒在释放瞬间的加求导体棒在释放瞬间的加速度的大小速度的大小受力分析如图所示受力分析如图所示 解析解析课堂讲义课堂讲义安培力的综合应用安培力的综合应用FmgFN安培力作用下导体的运动安培力作用下导体的运动力的作用是相互的，虽然力的作用是相互的，虽然电流不同，但是两圆环的电流不同，但是两圆环的受力大小相等受力大小相等同向电流相互吸引同向电流相互吸引B对点练习对点练习安培力的综合应用安培力的综合应用1.两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环，则两流按如图所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是环的运动情况是 （ ）A.都绕圆柱体转动都绕圆柱体转动B.彼此相向运动，且具有大小相等的加彼此相向运动，且具有大小相等的加速度速度C.彼此相向运动，电流大的加速度大彼此相向运动，电流大的加速度大D.彼此背向运动，电流大的加速度大彼此背向运动，电流大的加速度大安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡mgFTD对点练习对点练习安培力的综合应用安培力的综合应用安培力和牛顿第二定律的结合安培力和牛顿第二定律的结合4.澳大利亚国立大学制成了能把澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体的弹体(包括金属杆包括金属杆EF的质量的质量)加速到加速到10 km/s的电磁炮的电磁炮(常规炮弹常规炮弹的速度约为的速度约为2 km/s)如图所示，如图所示，若轨道宽为若轨道宽为2 m，长为，长为100 m，通，通过的电流为过的电流为10 A，试求轨道间所，试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度加匀强磁场的磁感应强度 (轨道摩轨道摩擦不计擦不计)解析解析对点练习对点练习安培力的综合应用安培力的综合应用再见再见