2019_2020学年高中物理第三章磁场微型专题7安培力作用下的平衡和加速学案粤教版

《2019_2020学年高中物理第三章磁场微型专题7安培力作用下的平衡和加速学案粤教版》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微型专题7　安培力作用下的平衡和加速[学科素养与目标要求]　物理观念：进一步熟练掌握安培定则、安培力公式和左手定则．科学思维：1.熟练解决安培力作用下的实际问题.2.综合力学规律分析安培力作用下的力学问题．一、安培力作用下的平衡问题1．解题步骤(1)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、电流的方向、磁场的方向标注在图上；(3)正确受力分析(包括安培力)，然后根据平衡条件：F合＝0列方程求解．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

2、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．例1　如图1所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1m的平行导轨上垂直放一质量为m＝0.3kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3A的电流，匀强磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：(g取10m/s2)图1(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨的压力大小．答案　(1)T　(2)6N解析　(1)ab棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin60°＝BILcos60°.B＝＝T＝T.(2)垂直斜

3、面方向受力平衡，则FN＝mgcos60°＋BILsin60°＝(0.3×10×＋×3×1×)N＝6N由牛顿第三定律知ab棒对导轨的压力为：N′＝N＝6N例2　如图2甲所示，一对光滑平行金属导轨与水平面成α角，两导轨的间距为L，两导轨顶端接有电源，将一根质量为m的直导体棒ab垂直放在两导轨上．已知通过导体棒的电流大小恒为I，方向由a到b，图乙为沿a→b方向观察的侧视图．若重力加速度为g，在两导轨间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在导轨上保持静止．图2(1)请在图乙中画出导体棒受力的示意图；(2)求出导体棒所受的安培力大小；(3)保持通过导体棒的

4、电流不变，改变两导轨间的磁场方向，导体棒在导轨上仍保持静止，试求磁感应强度B的最小值及此时的方向．答案　(1)见解析图　(2)mgtanα　(3)　垂直轨道向上解析　(1)如图所示(2)由平衡条件，磁场对导体棒的安培力F＝mgtanα(3)当安培力方向平行于导轨向上时，安培力最小，磁感应强度最小，由平衡条件知，最小安培力Fmin＝mgsinα，即BIL＝mgsinα则最小的磁感应强度B＝由左手定则知磁感应强度方向垂直导轨向上针对训练　如图3所示，用两根绝缘细线将质量为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

5、电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需磁场的最小磁感应强度的大小和方向为(重力加速度为g)(　　)图3A.tanθ，竖直向上B.tanθ，竖直向下C.sinθ，平行于悬线向下D.sinθ，平行于悬线向上答案　D解析　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，由受力分析可知，安培力与拉力方向垂直时有最小值Fmin＝mgsinθ，即IlBmin＝mgsinθ，得Bmin＝sinθ，方向应平行于悬线向上，故选D.解决安培力作用下的受力平衡问题，受力分析

6、是关键，解题时应先画出受力分析图，必要时要把立体图转换成平面图.二、安培力作用下的加速例3　如图4所示，光滑的平行导轨倾角为θ，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ab由静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小．(重力加速度为g)图4答案　gsinθ－解析　对导体棒受力分析如图所示，导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F，由牛顿第二定律得：mgsinθ－Fcosθ＝ma①F＝BIL②I＝③由①②③式可得a＝gsinθ－.例4　电磁炮是一

7、种理想的兵器，它的主要原理如图5所示，1982年澳大利亚国立大学制作了能把2.2g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10km/s的电磁炮(常规炮弹速度大小约为2km/s)，若轨道宽2m，长为100m，通过的电流为10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？(轨道摩擦不计)图5答案　55T　1.1×107W解析　如图所示，电磁炮受重力mg、轨道支持力FN和磁场对炮弹的安培力F安的作用，做匀加速直线运动，由运动学知识vt2－v02＝2as得：a＝＝m/s2＝5×105m/s2.由牛顿第二定律得：F安＝ma＝BIL，即

8、得：B＝＝T＝55T.由瞬时功率P＝Fv，可得磁场力的最大功率为：Pm＝F安vm＝mavt＝1.1×107W.1.(安培力作用下的平衡)如图6所示，金属棒MN两端由