1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力導(dǎo)學(xué)案-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

物理選必二第一章安培力與洛倫茲力自學(xué)探究學(xué)案學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力主備:閑云時間：12月22日班級姓名教學(xué)目標(biāo)科學(xué)素養(yǎng)物理觀念：1.掌握安培力大小的計算方向及，2．掌握安培力方向的判斷左手定則3．了解磁電式電流表結(jié)構(gòu)，知道磁電式儀表的工作原理科學(xué)思維：通過安培力方向的判斷，培養(yǎng)學(xué)生空間想象的思維能力科學(xué)探究:通過探究安培力、電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度三者的方向關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生歸納推理的能力科學(xué)態(tài)度與價值觀：通過磁電式電流表的原理分析，體會科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的促進(jìn)作用。激發(fā)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、服務(wù)人類的理想抱負(fù)。自主學(xué)習(xí)（認(rèn)真閱讀課本，獨立思考，相信你一定行﹗）一、安培力的方向1．安培力：通電導(dǎo)線在中受到的力。2.實驗探究安培力方向的影響因素(1)猜想．決定安培力方向的因素①方向；②方向。（2）實驗方法：（3）實驗方案：如右圖實驗裝置。（4）實驗步驟：①按照圖所示，組裝好器材②磁場方向向下，使電流從C→A，觀察導(dǎo)體棒擺動方向，從而判斷安培力方向并記錄③磁場方向向下，使電流從A→C，觀察導(dǎo)體棒擺動方向，從而判斷安培力方向并記錄④磁場方向向上，使電流從A→C，觀察導(dǎo)體棒擺動方向，從而判斷安培力方向并記錄⑤磁場方向向上，使電流從C→A，觀察導(dǎo)體棒擺動方向，從而判斷安培力方向并記錄次數(shù)磁場方向次數(shù)磁場方向電流方向安培力方向圖4312向上向下垂直于紙面向外垂直于紙面向外垂直于紙面向里水平向右水平向左水平向左水平向右FFFF（5）歸納總結(jié)：你能嘗試把各種情況下三者的方向畫出來，進(jìn)行歸納分析，找到規(guī)律嗎？安培研究發(fā)現(xiàn)，安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系符合左手定則，如圖所示：3．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從進(jìn)入并使四指指向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。4．安培力的特點：(1)F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B、I決定的平面．(2)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心．自主練習(xí)1.判斷下圖中通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中受安培力的方向總結(jié)：,2.分析平行通電直導(dǎo)線間的作用力：總結(jié)；同向電流相互，反向電流相互．二、安培力的大小同一通電導(dǎo)線，按不同方式放在同一磁場中，受力情況不同，如圖所示。1．如圖甲，I⊥B，此時安培力最大，F(xiàn)＝2．如圖乙，I∥B，此時安培力最小，F(xiàn)＝3．如圖丙，當(dāng)I與B成θ角時，可以把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解，如圖丁所示。此時F＝，這是一般情況下安培力的表達(dá)式。4．公式F＝ILBsinθ中L指的是導(dǎo)線在磁場中的“有效長度”，彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。自主練習(xí)3.長度為l、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計算正確的是()INCLUDEPICTURE"F:\\QQ文件\\16RW3104.TIF"4.(2015·江蘇卷·T4)如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長NM相等，將它們分別掛在天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)，若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是三、磁電式電流表1.構(gòu)造：U形磁鐵、極靴、圓柱形鐵芯、繞在鋁線框上的線圈、螺旋彈簧（游絲）、指針.2．工作原理：(1)通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動。(2)通電線圈在線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越；電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大(3)根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。3.特點：（1）極靴與圓柱間的磁場沿半徑方向（2）線圈轉(zhuǎn)動時，線圈受力邊處在磁場中的不同位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，安培力的大小不受磁場影響，（3）線圈平面與磁場方向平行，電流所受安培力的方向總與線圈平面，安培力相對轉(zhuǎn)軸的力臂大小不變（4）線圈轉(zhuǎn)過的角度與給線圈通入的電流大小成正比，表盤刻度均勻（嘗試推導(dǎo)）4．優(yōu)點：是靈敏度高，可以測出很弱的電流：缺點：線圈導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱。例1.如圖所示,在平行傾斜固定的導(dǎo)軌上端接入電動勢E=50V,內(nèi)阻r=1Ω的電源和滑動變阻器R,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,傾角θ=37°。質(zhì)量m=0.11kg的導(dǎo)體棒ab垂直置于導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,整個裝置處在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.2T的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計?，F(xiàn)調(diào)節(jié)R使桿ab靜止不動。已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。求:(1)ab棒受到的最小安培力F1和最大安培力F2;(2)滑動變阻器R有效電阻的取值范圍。強(qiáng)化練習(xí)A組1．畫出圖中各磁場對通電直導(dǎo)線的安培力的方向(與紙面垂直的力只需用文字說明)．2．如圖所示，光滑水平地面上用輕質(zhì)彈簧將一條形磁鐵系于豎直墻壁上，彈簧處于水平狀態(tài)，條形磁鐵靜止，設(shè)此時磁鐵對地面壓力為FN1?，F(xiàn)在磁鐵右端正上方固定一導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流，當(dāng)磁鐵再次平衡時對水平地面的壓力變?yōu)镕N2，則下列說法正確的是A．彈簧長度變短B．彈簧長度變長C．FN1>FN2D．FN1<FN23.(2021·廣東高考)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導(dǎo)線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導(dǎo)線。若中心直導(dǎo)線通入電流I1，四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2，I1?I2，電流方向如圖所示，下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是()4.(多選)如圖所示中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用。電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿。當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b和導(dǎo)軌兩端e、f分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導(dǎo)軌上滑動。下列說法正確的是A．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動C．若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動D．若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動5．海影號電磁推進(jìn)試驗艦艇如圖甲所示，船體下部的大洞使海水前后貫通。艦艇沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側(cè)壁M和N分別連接艦艇內(nèi)電源的正極和負(fù)極，艦艇內(nèi)超導(dǎo)體在M、N間產(chǎn)生強(qiáng)磁場，使M、N間海水受到磁場力作用被推出，艦艇因此前進(jìn)。要使圖乙中的艦艇向左前進(jìn)，則所加磁場的方向應(yīng)為()A．水平向左B．水平向右C．豎直向上 D．豎直向下6．通有電流的導(dǎo)線L1、L2、L3、L4處在同一平面（紙面）內(nèi)，放置方式及電流方向如圖甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可繞垂直紙面的中心軸O轉(zhuǎn)動，則下列判定正確的是A．L2繞軸O按順時針轉(zhuǎn)動B．L2繞軸O按逆時針轉(zhuǎn)動C．L4繞軸O按順時針轉(zhuǎn)動D．L4繞軸O按逆時針轉(zhuǎn)動7.如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動和平動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向的電流I時，從上往下看，導(dǎo)線的運動情況是A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升8．如圖所示，輕質(zhì)彈簧測力計下懸掛的圓形線圈中通有順時針方向的電流I0，線圈的正下方固定有一根足夠長的直導(dǎo)線a，線圈靜止時導(dǎo)線a垂直于線圈平面，現(xiàn)在導(dǎo)線a中通有垂直紙面向外的較大電流，則下列判斷正確的是（）A．線圈仍靜止B．從上往下看，線圈將逆時針轉(zhuǎn)動C．彈簧測力計示數(shù)減小D．線圈左右擺動9、如圖所示，兩個完全相同的閉合導(dǎo)線環(huán)掛在光滑絕緣的水平橫桿上，當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中通有同向電流時，兩導(dǎo)線環(huán)的運動情況是（

）A．互相吸引，電流大的環(huán)其加速度也大B．互相排斥，電流小的環(huán)其加速度較大C．互相吸引，兩環(huán)加速度大小相同互相排斥，兩環(huán)加速度大小相同10.如圖所示，兩個完全相同且互相垂直的導(dǎo)體圓環(huán)M，N中間用絕緣細(xì)線ab連接，懸掛在天花板下，當(dāng)M，N中同時通入圖中所示方向的電流時，關(guān)于兩圓環(huán)的轉(zhuǎn)動（從上向下看）以及a，b間細(xì)線張力的變化，下列判斷正確的是A．M，N均不轉(zhuǎn)動，細(xì)線張力不變 B．M，N都順時針轉(zhuǎn)動，細(xì)線張力減小 C．M順時針轉(zhuǎn)動，N逆時針轉(zhuǎn)動，細(xì)線張力減小 D．M逆時針轉(zhuǎn)動，N順時針轉(zhuǎn)動，細(xì)線張力增大11.電流計的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，固定有指針的鋁框處在由磁極與軟鐵芯構(gòu)成的磁場中，并可繞軸轉(zhuǎn)動．鋁框上繞有線圈，線圈的兩端與接線柱相連．有同學(xué)對軟鐵芯內(nèi)部的磁感線分布提出了如下的猜想，可能正確的是 12．如圖甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，線圈匝數(shù)為n，面積為S，線圈a、b兩邊導(dǎo)線長均為l，所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，當(dāng)線圈中通電流I時，a、b邊所受安培力F方向加圖乙所示。則（）A．該輻向磁場是勻強(qiáng)磁場B．穿過線圈的磁通量為C．轉(zhuǎn)動過程中安培力F大小總為D．線圈轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉(zhuǎn)動13、如圖所示的四幅圖中，導(dǎo)體棒的長度均為L，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，在各導(dǎo)體棒中通有相同的電流I。則下列選項正確的是（）A．圖甲中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為BILB．圖乙中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為BILC．圖丙中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為32BILD．圖丁中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為314.如圖所示，水平導(dǎo)軌接有電源，導(dǎo)軌上固定有三根導(dǎo)體棒a、b、c，其中c最長，b最短，c為一直徑與b等長的半圓，將裝置置于向下的勻強(qiáng)磁場中。在接通電源后，三導(dǎo)體棒中有等大的電流通過，則三導(dǎo)體棒受到安培力的大小關(guān)系為A．Fa>FbFa>Fb15．如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。L形導(dǎo)線通以恒定電流I，放置在磁場中，已知ab邊長為，與磁場方向垂直，bc邊長為l，與磁場方向平行。下列說法正確的是（）該導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl，方向垂直于紙面向里B.該導(dǎo)線受到的安培力大小為2BIl，方向垂直于紙面向里C.該導(dǎo)線受到的安培力大小為3BIl，方向于垂直于ab邊D.該導(dǎo)線受到的安培力大小為，方向于垂直于ac連線16.如圖，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框頂點M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F，則線框LMN受到的安培力的大小為A．2F B．1.5F C．0.5FD．017．如圖所示，在光滑水平桌面上，兩根彎成直角的相同金屬棒，它們兩端互相接觸，組成一個正方形線框，正方形邊長均為L，勻強(qiáng)磁場方向垂直桌面向下，當(dāng)線框中通以圖示方向的電流I時，兩金屬棒在b點的互相作用力為f，則此時磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為。18．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛，金屬棒中通有由M到N的恒定電流，現(xiàn)在空間中加一勻強(qiáng)磁場，要使金屬棒靜止且絕緣細(xì)線與豎直方向成角，則下列幾種情況中磁感應(yīng)強(qiáng)度最小的是（）19.如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L＝0.5m，導(dǎo)軌電阻忽略不計；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m＝1kg，電阻R0＝0.9Ω，與導(dǎo)軌接觸良好；電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.1Ω，電阻R＝4Ω；外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝5T，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成夾角α＝53°；ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，定滑輪摩擦不計，線對ab的拉力為水平方向，重力加速度g取10m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：(1)通過ab的電流大小和方向；(2)導(dǎo)體棒ab受到的安培力大小；(3)重物重力G的取值范圍。ESB20．如圖所示，電源電動勢3V，內(nèi)阻不計，導(dǎo)體棒質(zhì)量60g，長1m，電阻1.5Ω，ESB固定的光滑絕緣環(huán)底端上滑至某一位置靜止．試求：在此位置上棒對每一只環(huán)的壓力為多少?(2)若已知絕緣環(huán)半徑為0.5m，此位置與環(huán)底高度差是多少?B組21.（2021·重慶·高考真題）某同學(xué)設(shè)計了一種天平，其裝置如圖所示。兩相同的同軸圓線圈水平固定，圓線圈P與、N共軸且平行等距。初始時，線圈通以等大反向的電流后，在線圈P處產(chǎn)生沿半徑方向的磁場，線圈P內(nèi)無電流且天平平衡。設(shè)從上往下看順時針方向為正向。當(dāng)左托盤放入重物后，要使線圈P仍在原位置且天平平衡，可能的辦法是A．若P處磁場方向沿半徑向外，則在P中通入正向電流B．若P處磁場方向沿半徑向外，則在P中通入負(fù)向電流C．若P處磁場方向沿半徑向內(nèi)，則在P中通入正向電流D．若P處磁場方向沿半徑向內(nèi)，則在P中通入負(fù)向電流22.如圖所示，兩根傾斜直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，導(dǎo)軌平面與水平面之間的夾角θ＝37°，兩導(dǎo)軌之間的距離L＝0.50m。一根質(zhì)量m＝0.20kg的均勻直金屬桿ab垂直放在兩導(dǎo)軌上且接觸良好，整個裝置處于與ab桿垂直的勻強(qiáng)磁場中。在導(dǎo)軌的上端接有電動勢E＝36V、內(nèi)阻r＝1.6Ω的直流電源和電阻箱R。已知導(dǎo)軌與金屬桿的電阻均可忽略不計，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g取10m/s2。(1)若金屬桿ab和導(dǎo)軌之間的摩擦可忽略不計，當(dāng)電阻箱接入電路中的電阻R1＝2.0Ω時，金屬桿ab靜止在導(dǎo)軌上。①如果磁場方向豎直向下，求滿足條件的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；②如果磁場的方向可以隨意調(diào)整，求滿足條件的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及其方向。(2)如果金屬桿ab和導(dǎo)軌之間的摩擦不可忽略，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面斜向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.40T的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)電阻箱接入電路中的電阻R2＝3.4Ω時，金屬桿ab仍保持靜止，求此時金屬桿ab受到的摩擦力Ff的大小及方向。23．如圖所示，電源電動勢E＝2V，內(nèi)電阻r＝0.5Ω，豎直導(dǎo)軌電阻可忽略，金屬棒的質(zhì)量m＝0.1kg，電阻R＝0.5Ω，它與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)μ＝0.4,有效長度為L＝0.2m，為了使金屬棒能夠靠在導(dǎo)軌外面靜止不動，我們施一與紙面成30°角向里且與金屬棒垂直的磁場，問磁場方向是斜向上還是斜向下？磁感應(yīng)強(qiáng)度B的范圍是多大？(g＝10m/s2)答案：斜向下3T≤B≤16.3T24.如圖所示，一個半徑為R的導(dǎo)電圓環(huán)與一個軸向?qū)ΨQ的發(fā)散磁場處處正交，環(huán)上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相等，方向均與環(huán)面