高中物理 3_4 磁场对通电导线的作用力导学案1新人教版选修3-1

3.4磁场对通电导线的作用力(1)【学习目标】 1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.理解并掌握安培力的计算公式F=BILsin.3.了解磁电式电流表的基本构造及工作原理【重点、难点】用左手定则判定安培力方向；用公式计算安培力的大小【课前预学】一、安培力的方向通电导线在磁场中所受安培力的方向，与导线、磁感应强度的方向都 ，它的方向可用 判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在 ；让磁感线从掌心 ，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是 所受安培力的方向(如图所示)二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力为F .2.当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时，导线受力为 .3.当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，导线受力为F .三、磁电式电流表1磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈如图所示，通电线圈在磁场中受到安培力而偏转线圈偏转的角度越大，被测电流就越大根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向2 磁电式仪表的优点是灵敏度高，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(几十微安到几毫安)【课堂学习活动】活动一、认识安培力的方向问题设计按照如图所示进行实验(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？要点提炼1安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则(1)FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面(2)磁场方向和电流方向不一定垂直用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心2判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则3推论：平行通电导线之间，同向电流相互 ，反向电流相互 活动二、掌握安培力的大小计算问题设计1在定义磁感应强度时，让一小段通电导线放入磁场，可得FILB，此公式的适用条件是什么？2当导线平行于磁场方向放置时，导线受力为多少？要点提炼1安培力大小的计算公式F ，为磁感应强度方向与导线方向的夹角(1)当90，即B与I垂直时，F ；(2)当0即B与I平行时，F .2当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端活动三、了解磁电式电流表1磁电式电流表的主要构成，由五部分组成：(1)磁性很强的蹄形磁铁；(2)圆柱形铁芯，固定在磁铁的两极间；(3)套在铁芯上可绕轴转动的铝框；(4)绕在铝框上的线圈；(5)铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针2电流表的工作原理如图所示，磁场的方向总沿着径向均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动螺旋弹簧变形，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，I与指针偏角成正比，表盘刻度均匀(均匀、不均匀)所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小3优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱活动四、例题精析：一、对安培力方向的判定例1 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向BBBBEFGH规律总结1.判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要“习惯性”地用错右手实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向2分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手【针对训练】如图所示，棒ab均处于静止状态，试分别画出棒ab的受力分析示意图。二、对安培力大小的计算例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( ) AFBILcos BFBILcos CFBILsin DFBILsin 规律总结1.当磁场方向与电流方向垂直时安培力FILB，如果磁场方向和电流方向不垂直，公式应变为FILB，B是B在垂直于电流方向的分量2如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算3如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，再求矢量和例3如图所示，长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为( )A0B0.5BIlCBIlD2BIl三、通电导体的综合受力分析问题例4如图所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽为L.有大小为B的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为L，质量为m，水平放在导轨上当回路中通过电流时，金属杆正好能静止求：电流的大小为多大？磁感应强度的方向如何？方法点拨在实际分析中，安培力、电流方向以及磁场方向构成一个空间直角坐标系，在空间判断安培力的方向有很大的难度，所以在判断一些复杂的安培力方向时都会选择画侧视图的方法，这样使得难以理解的空间作图转化成易于理解的平面作图【针对训练】质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示；下图是它的四个侧视图，图中已标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是（ ）活动五、达标检测：1(安培力的方向)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直2(安培力的方向判断)如图所示，是在三维空间坐标系中画出的磁感强度B、电流强度I和磁场对电流的作用力F之间方向关系图(B、I、F两两垂直)其中正确的是 ( )3 (安培力的方向判断)赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有负电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为 ( )A正东 B正南 C正西 D正北 4(安培力大小的计算及方向判断)把长L0.15 m的导体棒置于磁感应强度B1.0102 T的匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示，若导体棒中的电流I2.0 A，方向向左，则导体棒受到的安培力大小F_ N，安培力的方向为竖直向_(选填“上”或“下”)5(通电导体的综合受力分析问题)一根长L0.2 m的金属棒放在倾角37的光滑斜面上，并通过I5 A的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度B0.6 T竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin 370.6)【课后作业】1如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中正确的是( )2关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( )AF、B、I三者必须保持相互垂直 BF必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直CB必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 DI必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直3如图所示，固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近当导线mn中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是()A 向左运动 B向右运动C以mn为轴转动 D静止不动4如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是()5如图所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2，通电导线所受安培力是( )A数值变大，方向不变 B数值变小，方向不变C数值不变，方向改变 D数值、方向均改变6如图，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )A方向沿纸面向上，大小为(1)ILB B方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILB D方向沿纸面向下，大小为(1)ILB7如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()A适当减小磁感应强度B使磁场反向C适当增大电流D使电流反向8如图所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为()A. tan ，竖直向上B.tan ，竖直向下C.sin ，平行悬线向下D.sin ，平行悬线向上9水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为且指向右上方，如图所示，问：(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？10如图所示，在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为m0.3 kg的金属棒ab，通以从ba、I3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨的压力(g10 m/s2)