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2019-2020年高中物理《安培力》教案新人教版选修3-1目的要求复习安培力的计算及左手定则知识要点
1.安培力方向的判定⑴用左手定则⑵用“同性相斥,异性相吸”(只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时)⑶用“同向电流相吸,反向电流相斥”(反映了磁现象的电本质)可以把条形磁铁等效为长直螺线管(不要把长直螺线管等效为条形磁铁)只要两导线不是互相垂直的,都可以用“同向电流相吸,反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向;当两导线互相垂直时,用左手定则判定
2.安培力大小的计算F=BLIsinα(α为B、L间的夹角)高中只要求会计算α=0(不受安培力)和α=90°两种情况例题分析例1如图所示,可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流,不计通电导线的重力,仅在磁场力作用下,导线将如何移动?解先画出导线所在处的磁感线,上下两部分导线所受安培力的方向相反,使导线从左向右看顺时针转动;同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动(不要说成先转90°后平移)分析的关键是画出相关的磁感线例2条形磁铁放在粗糙水平面上,正中的正上方有一导线,通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会__增大、减小还是不变?水平面对磁铁的摩擦力大小为__解本题有多种分析方法⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线(如图中粗虚线所示),可看出两极受的磁场力的合力竖直向上磁铁对水平面的压力减小,但不受摩擦力⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条(如图中细虚线所示),可看出导线受到的安培力竖直向下,因此条形磁铁受的反作用力竖直向上⑶把条形磁铁等效为通电螺线管,上方的电流是向里的,与通电导线中的电流是同向电流,所以互相吸引例3如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈,当线圈中通有逆时针方向的电流时,线圈将向哪个方向偏转?解用“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”最简单条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的,与线圈中的电流方向相反,互相排斥,而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转(本题如果用“同名磁极相斥,异名磁极相吸”将出现判断错误,因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情况)例4电视机显象管的偏转线圈示意图如右,即时电流方向如图所示该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转?解画出偏转线圈内侧的电流,是左半线圈靠电子流的一侧为向里,右半线圈靠电子流的一侧为向外电子流的等效电流方向是向里的,根据“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”,可判定电子流向左偏转(本题用其它方法判断也行,但不如这个方法简洁)例5如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L匀强磁场磁感应强度为B金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止求⑴B至少多大?这时B的方向如何?⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?解画出金属杆的截面图由三角形定则可知,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小根据左手定则,这时B应垂直于导轨平面向上,大小满足BI1L=mgsinα,B=mgsinα/I1L当B的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,沿导轨方向合力为零,得BI2Lcosα=mgsinα,I2=I1/cosα(在解这类题时必须画出截面图,只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向,从而弄清各矢量方向间的关系)例6如图所示,质量为m的铜棒搭在U形导线框右端,棒长和框宽均为L,磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下电键闭合后,在磁场力作用下铜棒被平抛出去,下落h后落在水平面上,水平位移为s求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q解闭合电键后的极短时间内,铜棒受安培力向右的冲量FΔt=mv0而被平抛出去,其中F=BIL,而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IΔt,由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度,最终可得SNINSFFF/FSNiαααBBhs。