【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第1章1.安培力课件

第一章1.安培力基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标学习目标1.结合实例的分析,体会判断安培力方向的方法。(物理观念)2.会推导安培力公式F=ILB或F=ILBsinθ,能够通过模型构建,解决涉及安培力的平衡问题或运动问题。(科学思维)3.通过实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系。(科学探究)基础落实·必备知识全过关一、安培力的方向1.认识安培力安培于1820年首先发现通电导线在磁场中受到力的作用。定义:磁场对

的作用力。

两根相互平行、距离很近的通电直导线,当给导线通以相同的电流时,两根导线靠近;当给导线通以相反的电流时,两根导线远离。通电导线2.安培力的方向用

判断。判断方法:伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指

,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过

,四指指向

,则

所指方向就是通电导线所受安培力的方向。

与电流方向、磁感应强度的方向都垂直安培力的方向与

方向、

方向有关。

左手定则垂直手心电流方向大拇指磁场磁场二、安培力的大小(1)当通电导线与磁场方向垂直时,磁场对通电导线的安培力F的大小与导线中的电流I、导线长度L和磁感应强度B成正比,公式为F=

。

(2)当通电导线与磁场方向平行时,导线不受安培力。

夹角影响安培力的大小(3)当通电导线与磁场方向的夹角为θ时,导线所受安培力的大小F=

。

ILBILBsinθ情境链接观察安培力的方向的实验装置如图所示。接通电源,待线框平衡后观察弹簧测力计读数

F;改变电流方向,待线框平衡后观察弹簧测力计读数是否改变;改变磁场方向,待线框平衡后观察弹簧测力计读数是否改变,并说明原因。提示

改变

改变通电线框受到了磁场对它的作用力。易错辨析(1)安培力的方向可能与磁场方向垂直,也可能不垂直。(

)(2)通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用。(

)(3)安培力的方向与导线方向一定垂直。(

)(4)磁感应强度的大小与导线中的电流成反比,与其受到的安培力成正比。(

)××√×重难探究·能力素养全提升探究点一安培力的方向导学探究在观察通电直导线在磁场中所受力的方向的实验中,实验装置如图所示。(1)改变导线中电流的方向,观察受力方向是否变化。(2)上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,观察受力方向是否变化。

提示

(1)变化

(2)变化

知识归纳1.安培力方向的特点(1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时,磁感线垂直穿过掌心,拇指、其余四指和磁感线三者方向两两垂直。(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时,拇指与四指、拇指与磁感线方向均垂直,但磁感线与四指方向不垂直。2.安培定则与左手定则对比理解

比较项安培定则左手定则应用判断电流产生的磁场方向判断通电导线在磁场中的受力方向因果关系电流是因,磁场是果电流和磁场都是因,安培力是果结论判断安培力的方向不是用安培定则,而是用左手定则3.平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引,反向电流相互排斥。特别提示

判断安培力方向时首先要确定磁场与电流所在的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。应用体验【例1】

(2023北京顺义高二模拟)在下列图中,标出的磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向正确的是(

)C解析

A项中根据左手定则可知电流方向应水平向右,故A错误;B项中根据左手定则可知磁场方向应水平向左,故B错误;C项中根据左手定则可知电流方向垂直纸面向外,故C正确;D项中根据左手定则可知磁场方向应垂直纸面向外,故D错误。方法技巧

左手定则应用的两个要点(1)安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向,所以应用左手定则时,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向可能与四指方向成某一夹角,此时要对磁场方向进行分解,但四指一定要指向电流方向。对点演练1(多选)如图所示的装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动,下列说法正确的是(

)A.若a接正极、b接负极,e接正极、f接负极,则L向右滑动B.若a接正极、b接负极,e接负极、f接正极,则L向右滑动C.若a接负极、b接正极,e接正极、f接负极,则L向左滑动D.若a接负极、b接正极,e接负极、f接正极,则L向左滑动BD解析

若a接正极、b接负极,由安培定则(右手螺旋定则)知电磁铁上下两磁极间磁场方向向上;若e接正极、f接负极,由左手定则知L所受的安培力向左,L向左滑动;若e接负极、f接正极,L所受的安培力向右,L向右滑动,A错误,B正确。同理,若a接负极、b接正极,磁场方向向下;e接正极、f接负极,L所受的安培力向右,L向右滑动;e接负极、f接正极,L所受的安培力向左,L向左滑动,故C错误,D正确。探究点二安培力的大小导学探究处在匀强磁场中的通电导线,如果放置的方式不同(可能如图中三种方式),其所受安培力的大小是否相同?提示

放置方式不同,通电导线所受的安培力大小可能不同。

知识归纳(1)公式F=ILB中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0。(2)弯曲导线的有效长度L等于连接两端点线段的长度l(如图所示)。相应的电流沿该线段由始端流向末端。(3)若磁场方向和电流方向成θ角,如图所示,可以将磁感应强度B正交分解成B⊥=Bsinθ和B∥=Bcosθ,而B∥对通电导线是没有作用力的。所以F=ILB⊥=ILBsinθ。(4)当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。应用体验【例2】

如图所示,用电阻率为ρ、横截面积为S、粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab、cd边均与ad边成60°角,ab=bc=cd=L。框架与一电动势为E、内阻忽略不计的电源相连接。垂直于竖直框架平面有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,则框架受到安培力的合力的大小和方向分别为(

)A解析

方法1:根据左手定则判断出电阻丝各段受到的安培力的方向,如图所示,设电阻丝abcd的电阻为3r,由几何关系得,电阻丝ad段的长度为2L、电阻为2r;电阻丝abcd的电流为I1=,电阻丝ad对点演练2(2023湖北高二期末)如图所示,用粗细均匀的电阻丝折成平面框架abcd。其中ab、cd边与bc边夹角均为120°,ab=bc=cd=L,长度为L的电阻丝电阻为R0,框架与一电动势为E、内阻r=0.5R0的电源相连接,垂直于框架平面有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,则框架abcd所受安培力的大小为(

)B探究点三安培力作用下导体的平衡导学探究如图所示,相距为d、倾角为α的光滑平行导轨处于竖直向上的匀强磁场B中,一质量为m的导体棒恰处于平衡状态。(1)判断此时导体棒所受安培力的方向。(2)导体棒受到几个力的作用而平衡?提示

(1)导体棒所受安培力的方向为水平向右。(2)导体棒受到重力、弹力和安培力3个力的作用而平衡。知识归纳1.安培力作用下导体棒的平衡问题题目所给出的图一般为“立体图”,如果把导体棒的受力直接画在导体棒上,则较为抽象,不利于问题的求解,一般把抽象的立体图转换为直观的“平面图”。2.画平面图时应准确标明各辅助要素应先标明磁感应强度B的方向、电流的方向、导体棒端点的名称、磁感应强度B的方向与平面的夹角、磁感应强度B的方向与电流的夹角、线框与水平面或与竖直面之间的夹角等,然后根据安培力方向一定垂直于电流和磁场所决定的平面的特点准确画出安培力的方向。3.安培力作用下平衡问题解题的基本步骤

特别提示

在对导体进行受力分析时,安培力的方向易画错,因此应注意以下两点:(1)受力分析时,将表示磁场的箭头在受力图旁边标出,便于确定安培力的方向;(2)画完图后,要检查一下,看安培力是否垂直于B和I所决定的平面。应用体验【例3】

(多选)(2023河北唐山开滦第二中学高二期末)如图所示,金属杆ab的质量为m,长为L,通过的电流为I,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面夹角为θ且斜向上,金属杆ab静止于水平导轨上,则(

)A.金属杆受到的安培力大小为BILsinθB.金属杆受到的安培力大小为BILcosθC.金属杆受到的摩擦力大小为BILsinθD.金属杆对导轨的压力大小为mg-BILcosθCD解析

金属杆的受力分析如图所示,电流方向与磁场方向垂直,则金属杆受到的安培力大小为F=BIL,根据受力平衡可得金属杆受到的摩擦力大小为f=Fsin

θ=BILsin

θ,金属杆受到的支持力大小为N=mg-Fcos

θ=mg-BILcos

θ,由牛顿第三定律知金属杆对导轨的压力为N压=N=mg-BILcos

θ。故选C、D。对点演练3(多选)(2023重庆巴蜀中学高二期末)如图所示,水平放置的两导轨P、Q间的距离d=0.5m,导轨间有方向竖直向上、磁感应强度B=2T的匀强磁场,垂直于导轨放置的ab棒的质量m=1kg,系在ab棒中点的水平轻绳跨过定滑轮与重物G相连。已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,电源的电动势E=10V、内阻r=0.1Ω,导轨及ab棒的电阻均不计。当滑动变阻器R=0.9Ω时,ab棒处于静止状态且仅受四个力作用,g取10m/s2,下列选项正确的是(

)A.重物的质量为1kgB.ab棒保持静止,滑动变阻器R的最小值为0.4ΩC.ab棒保持静止,滑动变阻器R的最大值为1.15ΩD.若将磁场反向,调节滑动变阻器,仍可让系统平衡AC学以致用·随堂检测全达标12341.(安培力的方向)如图所示,一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面(纸面)上,铜线所在空间有一匀强磁场,磁场方向竖直向下。当铜线通有顺时针方向的电流时,铜线所受安培力的方向(

)A.向前

B.向后C.向左

D.向右A解析

根据左手定则可知,安培力的方向一定和磁场方向垂直,同时一定和电流方向垂直,当铜线通有顺时针方向的电流时,可等效为铜线通有向右的电流,故铜线所受安培力的方向向前,A正确。12342.(左手定则的应用)(2023吉林白城高二期末)某新型电磁船的实物图和俯视图如图所示,MM'、NN'为固定在船底的平行金属板,海水可以在它们之间贯穿而过。船上装有产生强磁场的装置,可在两平行金属板间海水中的虚线框内产生强磁场。直流电源接在M、N间,导电的海水在磁场作用下即可推动该船运动。闭合开关S后,要使船向左运动,虚线框中的磁场方向(

)A.竖直向上 B.竖直向下C.水平向左 D.水平向右A解析

要使船向左运动,船受到的作用力应向左,根据力的相互作用可知海水受到向右的安培力,根据左手定则可知虚线框中的磁场方向竖直向上。故选A。123412343.(安培力的大小)(2023湖南益阳高二期末)如图所示,将长为2L的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。当导线中通以电流I时,该V形通电导线受到的安培力大小为(

)D解析

根据题意,由题图可知,导线的有效长度为L'=2Lsin

30°=L,该V形通电导线受到的安培力大