鲁科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第1章 安培力与洛伦兹力 习题课 安培力作用下导体的运动 (4).ppt

探究三安培力作用下导体棒的加速情境探究电磁轨道炮发射的炮弹的初速度可以达到2500m/s,射程可以达到185km。电磁轨道炮的原理如图所示,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,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?要点提示根据牛顿第二定律,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。知识归纳1.解决在安培力作用下物体的加速运动问题时,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,其中安培力公式是联系力、电、磁的桥梁;(2)安培力求解公式F=IlBsinθ;(3)牛顿第二定律。应用体验【例题3】如图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B竖直向下的匀强磁场中,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。解析画出题中装置的侧视图,导体棒受力分析如图所示,导体棒受重力mg、支持力N和安培力F,由牛顿第二定律得mgsinθ-Fcosθ=ma,F=IlB,针对训练3如图所示,PQ和MN为水平平行放置的金属导轨,相距1m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0.2kg,棒的中点用与导轨平行的细绳经光滑滑轮与一物体相连,物体的质量m0=0.3kg,棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下,g取10m/s2,为了使物体以加速度a=3m/s2加速上升,应在棒中通入多大的电流?方向如何?解析导体棒所受的滑动摩擦力大小为f=μmg=1N要使物体加速上升,则安培力方向必须水平向左,则根据左手定则判断得知棒中电流的方向由a到b对导体棒及物体整体进行受力分析,由牛顿第二定律有F安-m0g-f=(m+m0)aF安=BIL联立解得I=2.75A。答案2.75A方向由a到b学以致用·随堂检测全达标12341.如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)()A.顺时针方向转动,同时下降B.顺时针方向转动,同时上升C.逆时针方向转动,同时下降D.逆时针方向转动,同时上升C1234解析在导线处于如图甲所示的位置时,将导线AB从N、S极的中间O处分成两段,AO、BO段所处的磁场方向如图甲所示,由左手定则可得AO段受安培力的方向垂直纸面向外,BO段受安培力的方向垂直纸面向里,则从上往下看,导线AB将绕O点逆时针转动。当导线转过90°处于如图乙所示的特殊位置时,由左手定则可知导线AB此时受安培力方向竖直向下,导线将向下运动。因此导线所受安培力使导线逆时针转动的同时还要向下运动。12342.如图所示,间距为L的两平行光滑金属导轨CD、PQ与电动势为E的电源相连,质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路,回路平面与水平面成θ角,回路其余电阻不计。为使ab棒静止,需在空间施加的匀强磁场磁感应强度的最小值及其方向分别为()D1234解析对金属棒受力分析,受重力、支持力和安培力,如图所示。从图中可以看出,当安培力沿斜面向上时,安培力最小,由左手定则知,此时匀强磁场磁感应强度的方向垂直于回路平面向下,安培力的最小值为F安=mgsinθ,磁12343.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0.2T,一根质量为0.6kg,有效长度为2m的金属棒放在导轨上,当金属棒中的电流为5A时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流突然增大为8A时,求金属棒能获得的加速度的大小。1234解析当金属棒中的电流为5A时,金属棒做匀速直线运动,有I1Bl=f当金属棒中的电流为8A时,金属棒能获得的加速度为a,则I2Bl-f=ma联立解得a==2m/s2。答案2m/s212344.(2024上海华师大二附中高二期末)如图所示,在倾角为θ=30°的斜面上,固定一宽L=0.5m的平行光滑金属导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R,电源电动势E=1