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2019-2020年高中物理《磁场对通电导线的作用力》学案新人教版选修3-1自主体验
一、安培力的方向1.安培力通电导线在________中受的力.2.决定安培力方向的因素________和磁感应强度方向.3.左手定则如图1所示,伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让________从掌心进入,并使四指指向________,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受________的方向.4.安培力的特点F⊥B,F⊥I,即F垂直于______决定的平面.5.平行通电导线间的作用力电流方向相同,两导线相互________________,电流方向相反,两导线相互________.
二、安培力的大小1.当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为F=________.2.当磁感应强度B的方向与通电导线平行时,导线受力F=________.3.当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时,F=________.θ为B与I的夹角.
三、磁电式电流表1.原理通电线圈在磁场中受到________而偏转.线圈偏转的角度越大,被测电流就________.根据线圈________,可以知道被测电流的方向.2.构造________、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴.3.特点两磁极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿________方向,保证线圈转动时,安培力的大小不受磁场影响,电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直.使线圈平面总与磁场方向________,使表盘刻度均匀,如图2所示.4.优点灵敏度高,可以测出________的电流.缺点线圈导线很细,允许通过的电流很弱.知识探究要点一磁场对电流作用探秘1.磁场对电流作用的研究方法不管是电流还是磁体,对通电导线的作用都是通过磁场来实现的,因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况,然后结合左手定则准确判断导线的受力情况和将要发生的运动,在实际操作过程中.往往采用以下几种方法1电流元法把整段导线分为多段直电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线的运动方向.2等效法环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立.2.判断安培力的方向应注意的问题在解决有关磁场对电流的作用问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键,在判定安培力的方向时要注意以下两点1安培力的方向总是既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.2在具体判断安培力的方向时,由于受到静电力方向判断方法的影响,有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向.为避免这种错误,同学们应该把静电力和安培力进行比较,搞清力的方向与场的方向关系及区别..3-4-
1.具体问题如下表静电力安培力研究对象点电荷电流元受力特点正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直判断方法结合电场线方向和电荷正、负判断用左手定则判断要点二“安培定则”和“左手定则”有何区别和联系?1在适用对象上安培定则研究电流直流电流、环形电流、通电螺线管电流产生磁场时,电流与其产生的磁场的磁感线二者方向的关系;左手定则研究通电导线或运动电荷在磁场中受力时,F、I、B三者方向的关系.2在电流与磁场的关系上安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分,同时存在、同时消失,“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场;左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在,“磁场”是外加的磁场,不是通电导线产生的磁场.3在因果关系上安培定则中的“电流”是因,“磁场”为果,正是有了电流直流电流、环形电流、螺线管电流才出现了由该电流产生的磁场;左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”,磁场对通电导线的作用力是“果”,有因才有果,而此时的两个“因”对产生磁场对导线的作用力来说缺一不可.4判断电流方向选取定则的原则当已知磁感线的方向,要判断产生该磁场的电流方向时,选用安培定则判断电流的方向;当已知导体所受安培力的方向时,用左手定则判断电流的方向.要点三应用公式F=BIL求安培力大小应注意的问题1B与L垂直2L是有效长度,如图3-4-4所示,曲线ACB中图3-4-4如果有电流为I,则其所受安培力垂直AB向左,大小为F=BIL.3求通电导线平衡问题中所需B的最小值及方向时,先求所需安培力的最小值和方向,再由左手定则及B与I垂直的情况求出所需磁场的大小和方向.因B与I垂直时安培力最大,故由垂直状态得出的磁感应强度就是最小值.如图3-4-5所示,若使质量为m的通电导体棒在光滑的斜面上保持静止,所加的磁场方向垂直斜面向上时,B最小.若只要求保持静止,则B的方向可以有无数个.典例剖析题型
一、安培力方向的判断【例1】如图3-4-6所示,用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN,电流I方向从M到N,绳子的拉力均为F.为使F=0,可能达到要求的方法是 A.加水平向右的磁场 B.加水平向左的磁场C.加垂直纸面向里的磁场D.加垂直纸面向外的磁场题型
二、安培力的大小【例2】一根长为
0.2m、电流为2A的通电导线,放在磁感应强度为
0.5T的匀强磁场中,受到磁场力的大小可能是 A.
0.4N B.
0.2N C.
0.1N D.0题型三安培力的考查【例3】如图1所示,在同一水平面的两导轨相互平行,并在竖直向上的磁场中,一根质量为
3.6kg、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,金属棒做匀速运动;当金属棒中的电流增大到8A时,金属棒能获得2m/s2的加速度.则磁场的磁感应强度为多少?拓展探究1如图2所示,原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流I.在其直径AB上靠近B点放置一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线,并通以电流I′,方向如图所示.在磁场力作用下,圆形线圈将怎样运动?.3-4-
2.A拓展探究2如图4所示,在倾角为α的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒.当导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,可将导体棒置于匀强磁场中,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针至水平向左的过程中,关于B的大小的变化,正确的说法是 A.逐渐增大 B.逐渐减小C.先减小后增大D.先增大后减小课堂训练
1.在图中,标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向,以及通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是 2.关于磁场对通电直导线的作用力安培力,下列说法中正确的是 A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
3.通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上,通有如图3-4-7所示的电流时,通电直导线A受到水平向________的安培力作用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改变方向时,通电直导线A所受到的安培力方向水平向______.4.当电流的方向与磁场的方向不垂直时,如何确定安培力的方向?试总结安培力的方向有何特点?课后训练1.如图5所示,在匀强磁场B中,一根粗细均匀的通电导线置于水平桌面上,此时导线对桌面有压力作用,要使导线对桌面的压力为零,下列措施中可行的是 A.增大电流强度B.减小磁感应强度C.使电流反向D.使磁场反向2.如图6所示,A为一水平放置的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图中所示,当圆盘沿图中所示方向高速绕中心轴OO′转动时,通电直导线所受磁场力的方向是 A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外
3.如下所示的四个图中,磁感线方向或平行纸面或垂直纸面,平行于纸面的导体ab中通有a→b的电流,当将ab导体以a端为轴,从图示位置逆时.3-4-
3.针转动90°角始终在纸面内的过程中,通电导体所受安培力方向不发生变化的是 4.如图7所示,两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上,但能自由移动,若两线圈内通以大小不等的同向电流,则它们的运动情况是 A.都绕圆柱转动B.以不等的加速度相向运动C.以相等的加速度相向运动D.以相等的加速度相背运动
5.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它下端刚好跟杯中的水银面接触,并使它组成如图8所示的电路.当开关S接通后将看到的现象是 A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动A6.如图9中
①②③所示,在匀强磁场中,有三个通电线圈处于如下图中所示的位置,则 A.三个线圈都可以绕OO′轴转动B.只有
②中的线圈可以绕OO′轴转动C.只有
①②中的线圈可以绕OO′轴转动D.只有
②③中的线圈可以绕OO′轴转动A7.如图10甲所示是磁电式电表的结构图,图乙是磁极间的磁场分布图,以下选项中正确的是 A.指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转的角度也越大C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场D.在线圈转动的范围内,线圈所受磁力矩与电流有关,而与所处位置无关
8.在倾角为α的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒,如图11所示,试问1欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向.2欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向.反思小结。