2022年人教版高中物理选修3-1 第3章第4节 通电导线在磁场中受到的力（教案）

2022年人教版高中物理选修3-1 第3章第4节 通电导线在磁场中受到的力（教案）【知识与技能】1、掌握判断安培力方向和安培力的计算方法。2、能够结合力学知识解决磁场中的综合问题。【过程与方法】1、通过演示、分析、归纳使学生理解安培力的方向和大小的计算培养学生的空间想象能力【情感态度与价值观】1、体会利用左右手判断方向的简便性在普遍现象中寻找规律。【教学过程】重难点一、安培力的方向1安培力通电导线在磁场中受到的力称为安培力2决定安培力方向的因素磁场方向和电流方向3左手定则如图所示，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平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向安培定则与左手定则的区别安培定则(右手螺旋定则)左手定则应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁场中条件大拇指指向电流的方向四指弯曲的方向指向电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流方向结果四指弯曲方向表示磁感线的方向大拇指指向轴线上的磁感线方向大拇指指向电流受到的磁场力的方向4 安培力方向的判断1安培力的方向不仅跟磁场方向垂直，还跟电流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平面。在判断安培力方向时，应首先判定这个平面，然后再应用左手定则。2当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不是垂直进入掌心。3注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场、电场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。【特别提醒】(1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，但磁场方向和电流方向不一定垂直(2)若已知B、I方向，F方向唯一确定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一(3)判断电流的磁场方向用安培定则，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则5通电平行直线电流间的作用情况(1)两平行电流间同向电流相互吸引，异向电流相互排斥(2)两非平行直线电流有转到互相平行且电流方向相同的趋势6安培力方向与电场力方向的比较电场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，沿电场线切线方向，与负电荷受力方向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方向和电荷的正、负判断用左手定则判断7.分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，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，从而确定导线运动方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向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。等效后再确定相互作用情况结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。【典型例题】某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示，其中正确的是（ ）F【答案】D重难点二、安培力的大小安培力的大小1当通电导线与磁感线垂直时，即电流方向与磁感线垂直时，所受的安培力最大：FBIL.2当B与I成角时，安培力的大小FILBsin，是磁感应强度B的方向与导线方向的夹角3当通电导线与磁感线平行时，所受安培力为零【特别提醒】导线L所处的磁场应为匀强磁场安培力表达式FILB(或FILBsin)一般适用于匀强磁场，若通电导线所在区域的B的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围B的大小和方向近似相等，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力4磁场中通电导线的等效长度(1)公式FIBL中的L对弯曲长度来说指的是“等效长度”弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿L的始端流向末端，如图甲所示(2)任意闭合通电导线的有效长度为零，所受安培力(即各电流元所受安培力的合力)为零，如图乙所示【典型例题】如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角=37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50的直流电源。现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5，金属导轨电阻不计，g取10m/s2。已知sin37=0.60，cos37=0.80，求：abErB（1）通过导体棒的电流；（2）导体棒受到的安培力的大小；（3）导体棒受到的摩擦力。【答案】（1）1.5A （2）0.30N（3）0.06N【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律有：I=1.5A（2）导体棒受到的安培力：F安=BIL=0.30N（3）重力沿斜面向下的分力F1= mgsin37=0.24N，小于安培力0.30N，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f作用 ，根据共点力平衡条件有：mg sin37+f=F安解得：f=0.06N静摩擦力方向沿斜面向下重难点三、磁电式电流表1原理：安培力与电流的关系2构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴如图所示3特点：两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半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀4工作原理：如图所示是线圈在磁场中受力的示意图当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向5优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱如果希望它测量较大的电流值，就要扩大其量程