34通電導(dǎo)線在磁場中受到的力學(xué)案（人教版選修3-1）

1、3.4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 學(xué)案（人教版選修3-1）一、安培力的方向1安培力：通電導(dǎo)線在_中受的力2決定安培力方向的因素：_和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向圖13左手定則：如圖1所示，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個平面內(nèi)讓_從掌心進(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_的方向4安培力的特點FB，F(xiàn)I，即F垂直于_決定的平面5平行通電導(dǎo)線間的作用力：電流方向相同，兩導(dǎo)線相互_，電流方向相反，兩導(dǎo)線相互_二、安培力的大小1當(dāng)通電導(dǎo)線垂直磁場方向放置時所受安培力的大小為：F_.2當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與通電導(dǎo)線平行時，導(dǎo)線受力F_.3當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與通電

2、導(dǎo)線方向成角時，F(xiàn)_.為B與I的夾角三、磁電式電流表1原理：通電線圈在磁場中受到_而偏轉(zhuǎn)線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就_根據(jù)線圈_，可以知道被測電流的方向2構(gòu)造：_、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴3特點：兩磁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都沿_方向，保證線圈轉(zhuǎn)動時，安培力的大小不受磁場影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直使線圈平面總與磁場方向_，使表盤刻度均勻，如圖2所示圖24優(yōu)點：靈敏度高，可以測出_的電流缺點：線圈導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱.一、 安培力的方向問題情境如圖3所示，用一蹄形磁鐵慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡可以看到燈絲顫抖起來，你能解釋一下燈絲為什么會“顫

3、抖”嗎？圖31電場力是怎樣產(chǎn)生的？安培力呢？2安培力的方向與哪些因素有關(guān)？如何來判斷？3安培力的方向、磁場方向、電流方向在同一平面內(nèi)嗎？4平行通電直導(dǎo)線間的作用力是怎樣產(chǎn)生的？什么情況下兩導(dǎo)線相吸引？什么情況下相排斥？要點提煉_手定則安培力的方向判斷伸開_手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓_從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，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問題延伸安培定則又稱_手螺旋定則，是判斷電流產(chǎn)生的磁場方向的；左手定則是判斷電流在磁場中所受安培力方向的二、安培力的大小問題情境1磁感應(yīng)強(qiáng)度B是如何定義的？表達(dá)式是怎樣的？式中的F指的是什么？

4、2磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)線方向必須垂直嗎？若不垂直如何計算安培力大小要點提煉安培力大小的公式表述：(1)當(dāng)B與I垂直時，F(xiàn)BIL.(2)當(dāng)B與I成角時，F(xiàn)BILsin ，是B與I的夾角問題延伸1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4所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端圖42公式FIBLsin 中的Lsin 也可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”3用公式計算安培力適用于電流處于勻強(qiáng)磁場中三、磁電式電流表問題情境1磁電式電流表的構(gòu)造是怎樣的？2磁電式電流表的原理是什么？3磁電式電流表優(yōu)、缺點是什么？問題延伸1線圈通入的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度_，指針偏轉(zhuǎn)的角度和電流成_2通電線圈中

5、的電流方向改變時，線圈受到的安培力方向_，指針的偏轉(zhuǎn)也_.例1將長度為20 cm、通有0.1 A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場的方向如圖5所示已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T，試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向圖5變式訓(xùn)練1如圖6所示，其中A、B圖已知電流方向及其所受磁場力的方向，試判斷并在圖中標(biāo)出磁場方向C、D圖已知磁場方向及其對電流作用力的方向，試判斷電流方向并在圖中標(biāo)出圖6例2一條形磁鐵放在水平桌面上，在它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)體棒，圖7中只畫出此棒的橫截面圖，并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是()圖7A磁鐵對桌面的壓力減小B磁鐵對桌面的

6、壓力增大C磁鐵受到向右的摩擦力D磁鐵受到向左的摩擦力聽課記錄：變式訓(xùn)練2如圖8所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈()圖8A向左運(yùn)動 B向右運(yùn)動C靜止不動 D無法確定例3在傾角為的光滑斜面上，置一通有電流I，長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，如圖9所示，試問：圖9(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值和方向(2)欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向圖10變式訓(xùn)練3如圖10所示，用兩根輕細(xì)懸線將質(zhì)量為m、長為L的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于豎直向上的勻

7、強(qiáng)磁場內(nèi)當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向角，棒處于平衡狀態(tài)則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少？為了使棒平衡在該位置上，所需磁場的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少？方向如何？【即學(xué)即練】1下列關(guān)于磁電式電流表的說法中，正確的是()A電流表的工作原理是安培力對通電導(dǎo)線的加速作用B電流表的工作原理是安培力對通電線框的轉(zhuǎn)動作用C電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成正比D電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成反比2一根長為0.2 m、通有2 A電流的通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，則其受到的磁場力的大小可能是()A0.4 N B0.2 N C0.1 N D03一根有質(zhì)量的金屬棒MN兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連

8、接后懸掛于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，棒中電流方向從M流向N，如圖11所示，此時棒受到導(dǎo)線對它的拉力作用為使拉力等于零，可以()圖11A適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B適當(dāng)增大電流C使磁場反向 D使電流反向4質(zhì)量為m、長度為L的導(dǎo)體棒MN靜止在水平導(dǎo)軌上通過MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，與導(dǎo)軌平面成角斜向上，如圖12所示求MN受到的支持力和摩擦力的大小圖12參考答案課前自主學(xué)習(xí)一、1.磁場2.電流方向3.磁感線電流的方向安培力4.B和I5.吸引排斥二、1.ILB2.03.ILBsin 三、1.安培力越大偏轉(zhuǎn)的方向2.磁鐵3.半徑平行4.很弱核心知識探究一、問題情境1

9、電場力是電荷在電場中受到的力；安培力是通電導(dǎo)線在磁場中受到的力2實驗證明：通電導(dǎo)線受力的方向與磁場方向、電流方向有關(guān)安培力的方向由左手定則來判斷3不在同一平面內(nèi)，通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直4兩條平行的通電直導(dǎo)線是通過磁場發(fā)生相互作用的，且“同向電流相吸引，異向電流相排斥”當(dāng)a、b兩導(dǎo)線中通有同向電流，導(dǎo)線a中的電流產(chǎn)生的磁場在其右側(cè)都垂直于紙面向里，如圖甲所示，這個磁場對通電直導(dǎo)線b的作用力Fab的方向由左手定則可知為在紙面內(nèi)向左同理，導(dǎo)線b中的電流產(chǎn)生的磁場對導(dǎo)線a的安培力Fba方向應(yīng)在紙面內(nèi)向右，因此通有同向電流的兩導(dǎo)線間的作用力表現(xiàn)為相互吸引當(dāng)a、

10、b兩導(dǎo)線中通有反向電流時如圖乙所示，用上述同樣方法可判斷要點提煉左左磁感線問題延伸右二、問題情境1通過引入電流元IL，采用比值法來定義的表達(dá)式為B；F是直導(dǎo)線與磁場垂直時受到的安培力2可以垂直，也可以不垂直，若不垂直則將B分解為垂直于電流方向的B2Bsin 和沿電流方向的B1Bcos ，B對I的作用可用B1、B2對電流的作用等效替代，F(xiàn)F1F20B2ILBILsin .三、問題情境1最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈2通電線圈在磁場中受安培力而轉(zhuǎn)動3磁電式電流表優(yōu)點：刻度均勻，靈敏度高；缺點：量程小，正常使用時必須進(jìn)行改裝問題延伸1越大正比2.反向反向解題方法探究例1(1)0(2)

11、0.02 N；安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右；(3)0.02 N；安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上；(4)1.732102 N，方向垂直紙面向里解析由左手定則和安培力的計算公式得：(1)因?qū)Ь€與磁感線平行，所以導(dǎo)線所受安培力為零(2)由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小F2BIL10.10.2 N0.02 N(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小F3BIL0.02 N(4)安培力的方向垂直紙面向里，大小F4BILsin 601.732102 N變式訓(xùn)練1A圖磁場方向垂直紙面向外；B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向里解析磁場的方向、電流的方向、安培力的

12、方向三者遵守左手定則，電流的方向跟磁場的方向可以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁場和電流所決定的平面例2AD對導(dǎo)體棒，通電后，由左手定則，導(dǎo)體棒受到斜向左下的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導(dǎo)體棒的作用力應(yīng)斜向右上，所以在通電的一瞬間，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確變式訓(xùn)練2A方法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動方法二：電流元法如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動例3(1)，方向垂直斜面向上(2)，方向水平向左解析(

13、1)棒在斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，故受力平衡棒共受三個力作用：重力大小為mg，方向豎直向下；彈力垂直于斜面，大小隨磁場力的變化而變化；磁場力始終與磁場方向及電流方向垂直，大小隨磁場方向不同而改變，但由平衡條件知：斜面彈力與磁場力的合力必與重力mg等大反向，故當(dāng)磁場力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時，安培力最小Fminmgsin ，所以B，由左手定則知：B的方向應(yīng)垂直斜面向上(2)棒靜止在斜面上，又對斜面無壓力，則棒只受兩個力作用，即豎直向下的重力mg和磁場力F作用，由平衡條件知Fmg，且磁場力F豎直向上，所以BILmg，故B，由左手定則知B的方向水平向左 .變式訓(xùn)練3tan sin ，方向平行于懸線向上解析畫出從右側(cè)看逆著電流方向的側(cè)視圖，如圖甲所示金屬棒在重力mg、懸線拉力FT、安培力F三個力的作用下處于平衡狀態(tài)由共點力平衡條件得FILBmgtan ，所以Btan .要求所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，應(yīng)使棒平衡時所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知(如圖乙)，安培力的最小值為Fminmgsin ，即ILBminmgsin ，所以Bminsin ，所加磁場的方向應(yīng)平行于懸線向上即學(xué)即練1BC2BCD根據(jù)安培力的定義，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流I的方向垂直時，磁場力有最大值，為：F