人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案3：1 1 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道什么是安培力，會(huì)推導(dǎo)安培力公式F＝IlB或F＝IlBsinθ，明確它們的使用條件。2．知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它判斷安培力的方向。3．了解磁電式電流表的工作原理?！贾R(shí)梳理〗一、安培力的方向1.安培力通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力。2.影響安培力方向的因素安培力的方向與方向、方向有關(guān)。3.左手定則用左手定則判斷安培力的方向:伸開手,使拇指與其余四指,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入,并使四指指向的方向,這時(shí)所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的方向。二、安培力的大小如圖甲、乙所示,導(dǎo)線電流為I,長(zhǎng)度為l,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。1.如圖甲,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,此時(shí)安培力F=。2.如圖乙,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行,此時(shí)安培力F=。三、磁電式電流表1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱。①,②,③,④,⑤,⑥。2.原理:安培力與電流的關(guān)系。3.特點(diǎn)兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向,使線圈無(wú)論轉(zhuǎn)到什么位置,它的平面都與磁場(chǎng)方向平行,從而使刻度盤刻度均勻。〖要點(diǎn)深入〗一、安培力的方向1.安培力的方向特點(diǎn):不管電流方向與磁場(chǎng)方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面,即總有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I決定的平面。2.電流I、磁場(chǎng)B和安培力F三個(gè)方向的關(guān)系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時(shí),可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定。3.安培力方向的判斷:在判斷安培力方向時(shí)首先確定磁場(chǎng)和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。例1長(zhǎng)度為l、通有電流為I的導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,下列各圖中,導(dǎo)線所受安培力的方向如何?規(guī)律方法左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場(chǎng)的方向,所以應(yīng)用左手定則時(shí),必須使大拇指指向與四指指向和磁場(chǎng)方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直,所以磁場(chǎng)方向可能與四指方向成某一夾角,此時(shí)要對(duì)磁場(chǎng)方向進(jìn)行分解。但四指一定要指向電流方向。二、安培力的大小F=IlBsinθ的理解與應(yīng)用1.公式F=IlBsinθ中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響。2.公式F=IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”,彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l,等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。3.公式F=IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當(dāng)θ=90°時(shí)sinθ=1,公式變?yōu)镕=IlB。4.F=IlBsinθ的適用條件:導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng);在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。注意：電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到靜電力作用,但是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),通電導(dǎo)線不受安培力作用。例2由導(dǎo)線組成的直角三角形框架靜止放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(如圖所示),若導(dǎo)線框中通以圖示方向的電流時(shí),導(dǎo)線框?qū)?)A.沿與ab邊垂直的方向加速運(yùn)動(dòng) B.仍然靜止C.以c為軸轉(zhuǎn)動(dòng) D.以b為軸轉(zhuǎn)動(dòng)三、磁電式電流表1.磁電式電流表的工作原理通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測(cè)電流就越大;線圈偏轉(zhuǎn)的方向不同,被測(cè)電流的方向不同。2.磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)兩磁極間裝有極靴,極靴中間有鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向,保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),所受安培力的方向總與線圈平面垂直,使表盤刻度均勻。3.磁電式電流表的靈敏度(1)電流表的靈敏度:是指在通入相同電流的情況下,指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,偏角越大,靈敏度越高。(2)提高靈敏度的方法:如果要提高磁電式電流表的靈敏度,就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)。例3(多選)以下關(guān)于磁電式電流表的說法正確的是()A.線圈平面跟磁感線平行B.通電線圈中的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無(wú)關(guān)〖隨堂演練〗1．一條勁度系數(shù)較小的金屬?gòu)椈商幱谧杂蔂顟B(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時(shí)，彈簧將()A．保持原長(zhǎng)B．收縮C．伸長(zhǎng)D．不能確定2．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，下列說法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话?．如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向是()A．豎直向下B．豎直向上C．水平向右D．水平向左4．長(zhǎng)為L(zhǎng)的通電直導(dǎo)線放在傾角為θ的光滑斜面上，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。如圖所示，當(dāng)B方向豎直向上，電流為I1時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，那么電流比值I1∶I2應(yīng)為()A．cosθB．eq\f(1,cosθ)C．sinθD．eq\f(1,sinθ)5．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向N方向的電流，平衡時(shí)兩細(xì)線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩細(xì)線等長(zhǎng)變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、磁場(chǎng)電流左垂直電流拇指安培力二、BIl0三、永磁鐵極靴軟鐵螺旋彈簧線圈指針〖要點(diǎn)深入〗例1〖解析〗A圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?B圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪庇趯?dǎo)線斜向左上方;C圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪庇趯?dǎo)線斜向左上方;D圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)樗较蛴?。〖答案〗垂直紙面向?垂直于導(dǎo)線斜向左上方;垂直于導(dǎo)線斜向左上方;水平向右。例2〖答案〗B〖解析〗ab和bc兩段電流可等效為長(zhǎng)度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。例3〖答案〗ABD〖解析〗磁電式電流表內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(chǎng),不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁場(chǎng)大小相等、方向不同,所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無(wú)關(guān),電流越大,安培力越大,指針轉(zhuǎn)過的角度越大,正確的選項(xiàng)為A、B、D。〖隨堂演練〗1．〖答案〗B〖解析〗彈簧通電時(shí)，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。2．〖答案〗B〖解析〗根據(jù)左手定則可知，安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力最大，可見，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，C錯(cuò)誤；如圖所示，電流I和磁場(chǎng)B垂直，直導(dǎo)線受到的安培力F＝BIl，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場(chǎng)B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力F′＝eq\f(\r(2),2)BIl，D錯(cuò)誤。3．〖答案〗B〖解析〗首先根據(jù)安培定則判斷通電螺線管在導(dǎo)線A處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向左。再根據(jù)左手定則判斷可知，A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向豎直向上，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。4．〖答案〗B〖解析〗若磁場(chǎng)方向豎直向上，則安培力水平向右，由平衡條件可得mgtanθ＝BI1L；若磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上，則安培力沿斜面向上。由平衡條件可得mgsinθ＝BI2L，則I1∶I2＝1∶cosθ，故B正確。5．〖答案〗A〖解析〗金屬棒受力如圖所示，tanθ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(BIl,mg)。棒中電流I變大，θ角變大；兩細(xì)線等長(zhǎng)變短，θ角不變；金屬棒質(zhì)量變大，θ角變?。淮鸥袘?yīng)強(qiáng)度變大，θ角變大。故A正確。1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道什么是安培力，會(huì)推導(dǎo)安培力公式F＝IlB或F＝IlBsinθ，明確它們的使用條件。2．知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它判斷安培力的方向。3．了解磁電式電流表的工作原理?！贾R(shí)梳理〗一、安培力的方向1.安培力通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力。2.影響安培力方向的因素安培力的方向與方向、方向有關(guān)。3.左手定則用左手定則判斷安培力的方向:伸開手,使拇指與其余四指,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入,并使四指指向的方向,這時(shí)所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的方向。二、安培力的大小如圖甲、乙所示,導(dǎo)線電流為I,長(zhǎng)度為l,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。1.如圖甲,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,此時(shí)安培力F=。2.如圖乙,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行,此時(shí)安培力F=。三、磁電式電流表1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱。①,②,③,④,⑤,⑥。2.原理:安培力與電流的關(guān)系。3.特點(diǎn)兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向,使線圈無(wú)論轉(zhuǎn)到什么位置,它的平面都與磁場(chǎng)方向平行,從而使刻度盤刻度均勻?！家c(diǎn)深入〗一、安培力的方向1.安培力的方向特點(diǎn):不管電流方向與磁場(chǎng)方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面,即總有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I決定的平面。2.電流I、磁場(chǎng)B和安培力F三個(gè)方向的關(guān)系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時(shí),可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定。3.安培力方向的判斷:在判斷安培力方向時(shí)首先確定磁場(chǎng)和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。例1長(zhǎng)度為l、通有電流為I的導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,下列各圖中,導(dǎo)線所受安培力的方向如何?規(guī)律方法左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場(chǎng)的方向,所以應(yīng)用左手定則時(shí),必須使大拇指指向與四指指向和磁場(chǎng)方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直,所以磁場(chǎng)方向可能與四指方向成某一夾角,此時(shí)要對(duì)磁場(chǎng)方向進(jìn)行分解。但四指一定要指向電流方向。二、安培力的大小F=IlBsinθ的理解與應(yīng)用1.公式F=IlBsinθ中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響。2.公式F=IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”,彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l,等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。3.公式F=IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當(dāng)θ=90°時(shí)sinθ=1,公式變?yōu)镕=IlB。4.F=IlBsinθ的適用條件:導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng);在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。注意：電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到靜電力作用,但是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),通電導(dǎo)線不受安培力作用。例2由導(dǎo)線組成的直角三角形框架靜止放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(如圖所示),若導(dǎo)線框中通以圖示方向的電流時(shí),導(dǎo)線框?qū)?)A.沿與ab邊垂直的方向加速運(yùn)動(dòng) B.仍然靜止C.以c為軸轉(zhuǎn)動(dòng) D.以b為軸轉(zhuǎn)動(dòng)三、磁電式電流表1.磁電式電流表的工作原理通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測(cè)電流就越大;線圈偏轉(zhuǎn)的方向不同,被測(cè)電流的方向不同。2.磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)兩磁極間裝有極靴,極靴中間有鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向,保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),所受安培力的方向總與線圈平面垂直,使表盤刻度均勻。3.磁電式電流表的靈敏度(1)電流表的靈敏度:是指在通入相同電流的情況下,指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,偏角越大,靈敏度越高。(2)提高靈敏度的方法:如果要提高磁電式電流表的靈敏度,就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)。例3(多選)以下關(guān)于磁電式電流表的說法正確的是()A.線圈平面跟磁感線平行B.通電線圈中的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無(wú)關(guān)〖隨堂演練〗1．一條勁度系數(shù)較小的金屬?gòu)椈商幱谧杂蔂顟B(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時(shí)，彈簧將()A．保持原長(zhǎng)B．收縮C．伸長(zhǎng)D．不能確定2．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，下列說法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话?．如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場(chǎng)的作用力的方向是()A．豎直向下B．豎直向上C．水平向右D．水平向左4．長(zhǎng)為L(zhǎng)的通電直導(dǎo)線放在傾角為θ的光滑斜面上，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。如圖所示，當(dāng)B方向豎直向上，電流為I1時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，那么電流比值I1∶I2應(yīng)為()A．cosθB．eq\f(1,cosθ)C．sinθD．eq\f(1,sinθ)5．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向N方向的電流，平衡時(shí)兩細(xì)線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩細(xì)線等長(zhǎng)變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、磁場(chǎng)電流左垂直電流拇指安培力二、BIl0三、永磁鐵極靴軟鐵螺旋彈簧線圈指針〖要點(diǎn)深入〗例1〖解析〗A圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?B圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪庇趯?dǎo)線斜向左上方;C圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)榇怪庇趯?dǎo)線斜向左上方;D圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向?yàn)樗较蛴??！即鸢浮酱怪奔埫嫦蛲?垂直于導(dǎo)線斜向左上方;垂直于導(dǎo)線斜向左上方;水平向右。例2〖答案〗B〖解析〗ab和bc兩段電流可等效為長(zhǎng)度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。例3〖答