高中物理 第三章 磁場《磁場對通電導(dǎo)線的作用力》學(xué)案新人教版選修3-1

1、3.4 磁場對通電導(dǎo)線的作用力學(xué)案【課標(biāo)要求】1知道什么是安培力，會(huì)推導(dǎo)安培力的計(jì)算公式F=BILsin。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?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1安培力的大小計(jì)算和方向的判定。2空間想象能力的培養(yǎng)（實(shí)物圖、正視圖、側(cè)視圖、俯視圖）。 【課前預(yù)習(xí)】1安培力磁場對 的作用力通常稱為安培力。2安培力的方向圖1（1）判定通電導(dǎo)線在磁場中受力方向用 ：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指_，并且都與手掌在同一個(gè)_；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向_，這時(shí)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。如圖1所示：（2）安培力的方向總是既與磁場方向_ ，又

2、與電流方向_ ，也就是說安培力的方向總是垂直于_ 所決定的平面 （3）左手定則涉及三個(gè)物理量的方向，涉及三維空間,解題時(shí)多將三維圖形用側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖等二維圖形表達(dá)，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)能將二維圖形想像成三維圖形。3安培力的大小 (1) 通電導(dǎo)線與磁場方向平行時(shí)：F=_ ；(2) 通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)：F=_ ；(3) 通電導(dǎo)線與磁場方向成角：F=_ 。4磁電式電流表（1）蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地_ 分布的(如圖343所示)，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線_。線圈所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都_ 。圖343（2）工作原理：當(dāng)電流通過線圈的時(shí)候，線圈上跟鐵柱軸線平行的兩邊都受到安培力

3、，這兩個(gè)力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，其大小隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大而增大。當(dāng)這種阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩增大到同安培力產(chǎn)生的使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由轉(zhuǎn)動(dòng)角度即指針對應(yīng)刻度可以確定電流_ ，由指針_ 反映電流方向。（3）磁電式電流表的特點(diǎn)表盤的刻度_ ，I.靈敏度高，量程_ ，過載能力差滿偏電流Ig，內(nèi)阻Rg反映了電流表的最主要特性【預(yù)習(xí)檢測】 1 畫出圖中各磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向BBBBE FGH2.關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯間的矩形線圈與該磁場的關(guān)系，下列說法中正確的有 ( ) A.通電線圈旋轉(zhuǎn)的角度不同，它所在位

4、置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也不同B.不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都相等C.通電線圈旋轉(zhuǎn)的角度不同，它的平面與磁感線的夾角也不同D.不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都與磁感線相平行3 如圖所示，兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時(shí)b受到的磁場力大小變?yōu)?（ ）A. F2 B. C. D. 【探究與生成】例1：試用電流的磁場及磁場對電流的作用力的原理，證明通有同向電流的導(dǎo)線相互吸引，通有異向電流的導(dǎo)線相互推斥 。乙ab丙ab甲ab【解析】如上乙和丙圖研究a對b的

5、磁場力：（1）根據(jù)安培定則畫出電流a在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場分布圖；（2）根據(jù)左手定則可知通電導(dǎo)線b受到的磁場力是向左的；（3）根據(jù)牛頓第三定律，可知通電導(dǎo)線a受到的磁場力是向左的，即通有同向電流的平行導(dǎo)線相互吸引。同理可得通有異向電流的平行導(dǎo)線是相互推斥的總結(jié)：兩根平行的通電導(dǎo)線之間有力的作用，這是實(shí)驗(yàn)所證明的結(jié)論，通電導(dǎo)線之間的作用力是通過磁場相互作用的有些同學(xué)在研究兩根導(dǎo)線之間的相互作用力時(shí)，同時(shí)畫出兩根導(dǎo)線在空間產(chǎn)生的磁場是沒有必要的，也是思路不清的表現(xiàn)，兩根導(dǎo)線之間的作用是通過各自的磁場對另一方作用的，不是兩個(gè)磁場的相互作用。思維拓展：由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、電流的方向、安培力的方向涉及

6、三維空間，所以要熟練掌握把立體圖形改畫成平面圖形的方法技巧，以便于畫受力圖分析受力情況。安培力的方向用左手定則判斷，但更要明確電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不一定垂直，但所決定的平面一定與安培力垂直。SNV【變式訓(xùn)練1】 如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方有一與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線，正緩慢的自左向右移動(dòng)，直導(dǎo)線中通以垂直紙面向里外的電流，則磁鐵受桌面的摩擦力作用為（磁鐵始終不動(dòng)）A、先減少后增大B、先增大后減少C、一直增大D、一直減少 【變式訓(xùn)練2】 如圖 所示，把一重力不計(jì)可自由運(yùn)動(dòng)的通電直導(dǎo)線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，當(dāng)通以圖示方向的電流時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是（從上往下看） （ ）A.

7、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 B. 順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C. 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 D. 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升例2：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中放有下列通電導(dǎo)線，長度為L、電流強(qiáng)度為I、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線所受的安培力的大小和方向。 （1）（2） BIBIB2【解析】 (1)首先把B分解為B1、B2，相當(dāng)于B1、B2兩個(gè)正交的磁場共同作用于通電導(dǎo)線，因?yàn)锽1I，所以B1對電流無作用力，B對I的作用，實(shí)際上就是B2對I的作用，所以F=B2IL=BILcos.由左手定則得，方向垂直紙面向里。(2)的方法是將abc等效，它的等效長度是初末位置的連線ac長度，為L，所以F=BIL，方向垂直于ac

8、方向。總結(jié)：安培力的大小計(jì)算應(yīng)注意是垂直量的有效性，通電導(dǎo)線的等效長度是初末位置的連線。例3：如圖4所示，長L、質(zhì)量為m的金屬桿ab，被兩根豎直的金屬絲靜止吊起，金屬桿ab處在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)金屬桿中通有方向ab的電流I時(shí)，每根金屬絲的拉力大小為T。當(dāng)金屬桿通有方向ba的電流I時(shí)，每根金屬絲的拉力大小為2T。求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。圖4【解析】導(dǎo)體ab受重力、磁場力彈簧的的拉力而平衡。當(dāng)ab中的電流方向由a到b時(shí)，磁場力向上。 2T+BIL=mg 當(dāng)ab中的電流由b到a時(shí)，磁場力向下。 4T=BIL+mg 解方程組得總結(jié)：通電導(dǎo)線在磁場中的力和運(yùn)動(dòng)問題，解題思路與力學(xué)中的力

9、和運(yùn)動(dòng)問題是一樣的，其關(guān)鍵是要能準(zhǔn)確分析受到的安培力的大小和方向，再結(jié)合力和運(yùn)動(dòng)知識求解即可。對于這類問題的求解思路：（1）若是立體圖，則必須先將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖（2）對物體受力分析，要注意安培力方向的確定（3）根據(jù)平衡條件或物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律列出方程（4）解方程求解并驗(yàn)證結(jié)果【變式訓(xùn)練3】 水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動(dòng)勢為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右斜上方，如圖所示，問：(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為

10、多少？(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？ 3.4 磁場對通電導(dǎo)線的作用力練案課堂作業(yè) A組（反饋練）1.磁電式電流表中通以相同電流時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)角度越大，表示電流表靈敏度越高，若其余條件都相同，則靈敏度高的電流表具有 ( )A.比較“軟”的兩個(gè)螺旋彈簧B.比較“硬”的兩個(gè)螺旋彈簧C.比較少的通電線圈匝數(shù)D.比較強(qiáng)的輻向分布的磁場第2題 2 通電矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行。關(guān)于MN的磁場對線框的作用，下列敘述中正確的是（ ）A線框有兩條邊所受的安培力方向相同 B線框有兩條邊

11、所受的安培力大小相同 C線框所受安培力的合力朝左 D線框所受安培力的合力朝右第3題3直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離,直導(dǎo)線固定,線圈可以自由運(yùn)動(dòng),當(dāng)通過如圖所示的電流時(shí)(同時(shí)通電)從左向右看線圈將 ()A順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開直導(dǎo)線ABC逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線 D不動(dòng)4把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用細(xì)線掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈中心,且在線圈平面內(nèi)。當(dāng)線圈通以圖示方向的電流時(shí)線圈將 ( )SN第4題A發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近磁鐵 B發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)遠(yuǎn)離磁鐵C不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),只靠近磁鐵 D不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),只遠(yuǎn)離磁鐵第5題5質(zhì)量為m ，長為L的的金屬棒ab用兩根細(xì)金屬絲

12、懸掛在絕緣架MN下面，整個(gè)裝置處在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)金屬棒通以由a向b的電流I后，將離開原位置向前偏轉(zhuǎn)角而重新平衡，如圖。求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和大小。 B組第1題1.如圖所示，有一根直導(dǎo)線上通以恒定電流I，方向垂直指向紙內(nèi)，且和勻強(qiáng)磁場B垂直，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值最大的點(diǎn)是 ( )A. a點(diǎn) B. b點(diǎn) C. c點(diǎn) D. d點(diǎn)第2題2. 一段通電的直導(dǎo)線平行于勻強(qiáng)磁場放入磁場中，如圖所示導(dǎo)線上電流由左向右流過當(dāng)導(dǎo)線以左端點(diǎn)為軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)過90的過程中，導(dǎo)線所受的安培力 （ ） A大小不變，方向也不變B大小由零漸增大，方向隨時(shí)改變C大小由零漸增大，方向不變D大小由最大漸減小到零，方向不變第3題3.如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，有一段彎成直角的金屬導(dǎo)線abc，且ab=bc=L0，通有電流I，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若要使該導(dǎo)線靜止不動(dòng)，在b點(diǎn)應(yīng)該施加一個(gè)力F0，則F0的方向?yàn)開；B的大小為_ 。第4題4.一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abed，bc邊長為L，線框下邊部分處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線框平面垂直，如圖