安培力課件高二下學(xué)期物理粵教版(2019)選擇性

by甘騰勝@20230112新粵教版(2019)高中物理選擇性必修第二冊(cè)第一章1.1安培力新課引入在必修第三冊(cè)中我們知道，磁場(chǎng)能夠?qū)ν妼?dǎo)線產(chǎn)生作用力。為了紀(jì)念安培在該方面作出的杰出貢獻(xiàn)，人們把磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力稱為安培力(Ampèreforce)。（1）這個(gè)力的方向該如何判斷？（2）它的大小除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)？【猜想】根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式B=F/IL，猜想安培力F的方向可能與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流I的方向有關(guān)。實(shí)驗(yàn)探究我們利用如圖所示的裝置探究：實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將金屬棒運(yùn)動(dòng)方向相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用帶箭頭線段繪制在表格中。

BIF示意圖IBFBBF、B、I方向關(guān)系①安培力方向既與電流方向垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面。②B與I不一定垂直。實(shí)驗(yàn)總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)表明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向與磁場(chǎng)方向、導(dǎo)線中電流方向有關(guān)。更精確的實(shí)驗(yàn)研究表明，它們之間的關(guān)系可以用左手定則判定。左手定則：（1）伸開(kāi)左手，大拇指跟四指垂直，且在同一平面內(nèi)；（2）讓磁感線穿過(guò)手心；（3）使四指指向電流方向，則拇指指向安培力的方向。安培力的大小實(shí)驗(yàn)和理論表明，當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，如下圖所示，通電直導(dǎo)線所受安培力的大小F=0。安培力的大小當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，如圖所示，通電直導(dǎo)線所受安培力的大小F=BIL。安培力的大小當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成θ角時(shí)，如下圖所示，可以將原磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與直導(dǎo)線垂直的分量B1和與直導(dǎo)線平行的分量B2，如下右圖所示，則

平行于直導(dǎo)線的分量B2不對(duì)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，只有垂直于直導(dǎo)線的分量B1才會(huì)對(duì)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生作用力。因此，長(zhǎng)度為L(zhǎng)、電流為I的通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成θ角時(shí)，所受安培力的大小為：這是一般情況下安培力的表達(dá)式。安培力的大?。é缺硎敬艌?chǎng)方向與電流方向間的夾角）（僅適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)）

安培力的大小對(duì)安培力大小計(jì)算公式的深刻理解①公式F＝BIL中L指的是“有效長(zhǎng)度”當(dāng)B與I垂直時(shí)，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝BIL；當(dāng)B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0。②彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直接的長(zhǎng)度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端向末端。物理學(xué)史【練1】(單)安培在電磁學(xué)領(lǐng)域作出了突出的貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“電學(xué)中的牛頓”下面的規(guī)律不是安培發(fā)現(xiàn)的是A．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力規(guī)律 B．通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布規(guī)律C．分子電流假說(shuō)D．通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)D左手定則【練2】(單)在下列四幅圖中，能正確標(biāo)明通電直導(dǎo)線所受安培力F方向的是B左手定則【練3】(多)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線，通過(guò)的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是A．均向左B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右D．a(chǎn)的向右，b的向左CD左手定則【練4】(單)如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過(guò)電流時(shí)(電源未在圖中畫出)，此時(shí)回路DA．將向左平動(dòng)B．將向右平動(dòng)C．將在紙面內(nèi)繞通過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)D．KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)安培力的大小【練5】(單)如圖所示，兩根等長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b平行放置，分別通有大小為I、2I的電流，電流方向相反，此時(shí)導(dǎo)線a受到的磁場(chǎng)力大小為F。當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，導(dǎo)線b受到的磁場(chǎng)力為零，則此時(shí)a受到的磁場(chǎng)力大小為A．F/2 B．F C．3F/2 D．3FA安培力的大小【練6】(單)質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN靜止于寬度為L(zhǎng)的水平平行導(dǎo)軌上，MN與導(dǎo)軌垂直，通過(guò)MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與導(dǎo)軌平面成θ角斜向下，且與MN垂直，如圖所示，導(dǎo)體棒MN處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，重力加速度為g，則導(dǎo)體棒MN受到的A．安培力大小為BILsinθ B．安培力大小為BILcosθC．支持力大小為mg+BILcosθ D．摩擦力大小為BILcosθC安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常用方法1、電流元法：分割為電流元→安培力方向→整段導(dǎo)體所受合力方向→運(yùn)動(dòng)方向2、等效法：環(huán)形電流

小磁針條形磁鐵

通電螺線管

多個(gè)環(huán)形電流3、特殊位置法：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向。左手定則安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常用方法4、結(jié)論法：兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)。5、轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的反作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【練7】(單)如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是A．線圈向左運(yùn)動(dòng) B．線圈向右運(yùn)動(dòng)C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)A電流元法或：等效法判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【練8】(單)如圖所示，不在同一平面內(nèi)的互相垂直的導(dǎo)線，其中AB固定，CD可以自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩導(dǎo)線中通入圖示方向的電流I1、I2時(shí)，導(dǎo)線CD將A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離導(dǎo)線ABC．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線ABD．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離導(dǎo)線ABC電流元法或：結(jié)論法判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【練9】(單)一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時(shí)，從左向右看，則線圈L1將A．不動(dòng) B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．向紙面內(nèi)平動(dòng)B電流元法或：結(jié)論法或：等效法判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【練10】(單)如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開(kāi)關(guān)K的瞬間A．A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變B．A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變C．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大D電流元法+特殊位置法判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【練11】(多)如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流，則A．磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B．不受桌面的摩擦力作用C．磁鐵對(duì)桌面的壓力增大D．受到桌面的摩擦力作用BC轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法思考：安培力作用下導(dǎo)體的平衡、加速問(wèn)題1、安培力：F＝BIL，其中安培力、磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流兩兩垂直，且L是通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度。2、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡和加速問(wèn)題的分析思路(1)選定研究對(duì)象；(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛頓第二定律方程進(jìn)行求解。安培力作用下導(dǎo)體的平衡、加速問(wèn)題【練12】如圖，一長(zhǎng)為L(zhǎng)=10cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為E=12V的電池相連，電路總電阻為r=2Ω。已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量為x=0.5cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了Δx=0.3cm。重力加速度大小取g=10m/s2。判斷開(kāi)關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量。安培力的方向豎直向下安培力作用下導(dǎo)體的平衡、加速問(wèn)題【練13】(單)如圖所示，用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)。當(dāng)棒中