1、习题课:安培力的应用,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力作用下导体运动方向的判断 如图所示,在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中放入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中,N极在下,S极在上,通电后盐水就会旋转起来。通电后的盐水为什么会旋转起来呢?这个现象对你有什么启发?,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示:盐水受到磁铁的磁场力作用而发生转动。盐水中有指向圆心的电流,根据左手定则,半径方向上的电流将受到安培力使得盐水逆时针转动。可以根据这个特点设计出无转子的洗衣
2、机,衣服越脏,导电能力越强,电流越大,就受到更大的安培力,转速就更快。洗涤效果就更强。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力作用下导体运动方向的判断方法 不管是电流还是磁体,对通电导线的作用都是通过磁场来实现的,因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况,然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动。在实际操作过程中,往往采用以下几种方法:,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,(1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况,要寻找具有对称关系的电流元。(2)利用特殊位置
3、法要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题1】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,当两线圈通以如图所示的电流时,从左向右看,则线圈L1将( ) A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.向纸面内平动 【思考问题】 1.如何确定L2产生磁场的方向? 答案:用安培定则。 2.如何确定L1受力方向? 答案:左手定则。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:解法一:利用结论法。环形电流L1、L2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向
4、平行为止,据此可得L1的转动方向应是:从左向右看线圈L1顺时针转动。 解法二:等效分析法。把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,通电后,小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上,而L1等效成小磁针后转动前,N极应指向纸里,因此应由向纸里转为向上,所以从左向右看,线圈L1顺时针转动。 解法三:直线电流元法。把线圈L1沿转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上,据左手定则可得,上部电流元所受安培力均指向纸外,下部电流元所受安培力均指向纸里,因
5、此从左向右看线圈L1顺时针转动。故正确选项为B。 答案:B,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,采用等效法时常出现的错误 借助磁极的相互作用来判断。由于长直导线电流产生的磁场在矩形线圈所在处的磁感线方向为垂直纸面向里,它等效于条形磁铁的N极正对矩形线圈向里。因为通电线圈相当于环形电流,其磁极由右手螺旋定则判定为S极向外,它将受到等效N极的吸引,于是通电矩形线圈将垂直纸面向外加速。 错误的根源就在于将直线电流的磁场与条形磁铁的磁极磁场等效看待。我们知道直线电流磁场的磁感线是一簇以直导线上各点为圆心的同心圆,它并不存在N极和S极,可称为无极场,不能与条形磁铁的有极场等效
6、。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,变式训练 通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内,L1是固定的,L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心),各自的电流方向如图所示。下列哪种情况将会发生( ) A.因L2不受安培力的作用,故L2不动 B.因L2上、下两部分所受的安培力平衡,故L2不动 C.L2绕轴O按顺时针方向转动 D.L2绕轴O按逆时针方向转动 解析:由右手螺旋定则可知导线L1上方的磁场方向为垂直纸面向外,且离导线L1的距离越远的地方,磁场越弱,导线L2上的每一小部分受到的安培力方向均水平向右,由于O点的下方磁场较强,则安培力较大,因此L2绕
7、轴O按逆时针方向转动,D选项正确。 答案:D,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力作用下导体的平衡 如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m的金属棒悬挂在蹄形磁铁的两极间,当棒两端连接电源后,棒的位置如图中虚线所示,两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态,此时棒中的电流为I,棒所在处的磁场宽度近似认为匀强磁场,宽度近似等于磁铁的宽度L,磁场的方向竖直向下,导线所在处的磁场的磁感应强度大约为多大?,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路,
8、探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,2.分析求解安培力时需要注意的问题 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向。 (2)安培力大小与导体放置的角度有关,但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况,其中L为导体垂直于磁场方向的长度,为有效长度。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题2】如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处,置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上,所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为(
9、),探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:画出题中装置从右向左看的侧视图,棒的受力分析如图所示。要求所加磁场的磁感应强度最小,应使棒平衡时所受的安培力有最小值。由于棒的重力恒定,悬线拉力的方向不变,由画出的力的三角形可知,安培力的最小值为Fmin=mgsin ,即IlBmin=mgsin ,得 ,方向应平行于悬线向上。故选D。答案:D,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力作用下导体棒平衡问题的求解关键可以简单概括为两点: (1)电磁问题力学化,即把电磁问题通过分析受力,把它归结为力学问题。 (2)立体图形平面化,想很好地分析物体
10、受力的平衡或者运动问题,把立体图形转化为侧视图平面化是解决问题的关键。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力与牛顿运动定律的结合 美国海军2014年展示的电磁轨道炮原型炮如图所示,它发射的炮弹的速度可以达到2 500 m/s以上,射程可以达到90185 km。电磁轨道炮的原理如下图所示,它由两条平行的导轨组成,弹丸夹在两条导轨之间。两轨接入电源,电流经一导轨流向弹丸再流向另一导轨产生强磁场,磁场与电流相互作用,产生强大的安培力推动弹丸,从而使弹丸具有很大的加速度,短时间内达到很高的速度。请思考有哪些因素会影响弹丸的加速度?,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问
11、题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示:根据牛顿定律,弹丸的加速度取决于弹丸的质量和所受到的安培力,而安培力又取决于磁场和电流。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.在安培力作用下物体的加速运动,首先对研究对象进行受力分析,其中重要的是不要漏掉安培力,然后根据牛顿第二定律列方程求解。 2.选定观察角度画好平面图,标出电流方向和磁场方向,然后利用左手定则判断安培力的方向。 3.与闭合电路欧姆定律相结合的题目,主要应用以下几个知识点:(1)闭合电路欧姆定律,(2)安培力求解公式F=BILsin ,(3)牛顿第二定律。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精
12、讲,典例剖析,【例题3】如图所示,光滑的平行导轨倾角为,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源。电路中有一阻值为R的电阻,其余电阻不计,将质量为m、长度为L的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,1. 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流,则导线ab受磁场力方向后的运动情况为( ) A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C.从
13、上向下看逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,解析:先由安培定则判断通电螺线管的南北两极,找出导线左右两端磁感应强度的方向,并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向,如图(a)所示。可以判断导线受磁场力后从上向下看按逆时针方向转动,再分析此时导线位置的磁场方向,再次用左手定则判断导线受磁场力的方向,如图(b)所示,导线还要靠近螺线管,所以D正确,A、B、C错误。,答案:D,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,2. 在两个倾角均为的光滑斜面上,放有两个相同的金属棒,分别通有电流I1和I2,磁场的磁感应强度大小相同,方向如图所示,两金属棒均处于平衡状态。则两种情况下的电流之比I1I2为( ),答案:D,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,3. 如图所示,在同一水平面的两导轨相互平行,并处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为0.2 T,一根质量为0.6 kg,有效长度为2 m的金属棒放在导轨上,当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流突然增大为8 A时,求金属棒能获得的加速度的大小。解析:当金属棒中的电流为5 A时,金属棒做匀速直线运动,有I1BL=Ff 当金属棒中的电流为8 A时,金属棒能获得的加速度为a,则I2BL-Ff=ma 联立解得 答案:2 m/s2,
