2019-2020年沪科版物理高二上9-B《磁场对电流的作用 左手定则》学案.doc

2019-2020年沪科版物理高二上9-B磁场对电流的作用 左手定则学案考点突破一、对磁感应强度的理解1.磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是用比值法定义的.2.匀强磁场：磁感应强度处处相同，磁感线是一组平行且等间距的直线.【例1】关于磁感应强度，下列说法正确的是( )A.一小段通电导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力也一定为零B.通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零C.放置在磁场中1 m长的通电导线，通过1 A的电流，受到的磁场力为1 N，则该处的磁感应强度就是 1 TD.磁场中某处的B的方向跟电流在该处受到的磁场力F的方向相同跟踪训练1下列关于磁场的说法中，正确的是（ ）A只有磁铁周围才存在磁场B磁场是假想的，不是客观存在的C磁场的方向就是小磁针静止时南极所指的方向D磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用二、通电导体在安培力作用下运动的判断判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向.现对五种常用的方法列表如下：【例2】如图所示，把一重力不计的通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动.当导线中通有如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况.跟踪训练2、如图 913 所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁 N 极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面当线圈内通过图示方向的电流时，线圈运动的情况是( )A线圈向磁铁靠拢B线圈远离磁铁C线圈不动D无法确定三、与安培力有关的力学综合问题1.安培力的大小安培力常用公式F=BIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B与L垂直；(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端.因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零.2.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象;(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安 B、F安I.(3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解.3.安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关.(2)安培力做功的实质：起传递能量的作用.安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能.安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能.【例3】如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40 m，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=0.50 T，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=4.5 V、内阻r=0.50 的直流电源.现把一个质量m=0.040 kg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10 m/s2.已知sin37=0.60,cos37=0.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力.跟踪训练3、如图所示在倾角为的斜面上，固定一金属框，宽为 L，接入电动势为 E，电池内阻不计垂直框面放有一根质量为 m 的金属棒 ab，它与框架的动摩擦因数为.整个装置放在磁感应强度为 B, 垂直框面向上的匀强磁场中当调节滑动变阻器 R 的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计)四、对磁通量的理解1、定义：磁感应强度与垂直磁场方向的面积的乘积叫做穿过这个面的磁通量，其物理意义是穿过某一面积的磁感线 条数 2、定义式：BScos，式中 Scos为面积 S 在垂直于磁场方向的平面(中性面)上投影的大小，是面积 S 所在平面的法线方向与磁场方向的夹角3、磁通量是标量，但是有正负，其正负表示与规定的正方向(如平面法线的方向)是相同还是相反若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为1，反向磁感线条数为2，则磁通量等于穿过平面的合磁通(磁通量的代数和)，即12.4、单位：韦伯，符号是Wb.1Wb1Tm【例4】如图所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化是（ ）A先减小后增大B始终减小C始终增大D先增大后减小跟踪训练4、如图所示，两个同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，通过两圆环的磁通量a、b 的关系为（ ）AabB a bC a bD不能确定当堂检测1、如图，质量为、长为的直导线用两绝缘细线悬挂于，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿正方向的电流，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为(A) 正向， (B)正向， (C) 负向， (D)沿悬线向上，2、自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。下列说法正确的是（ ）A.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系B.欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系C.法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系D.焦耳发现了电流的热效应，定量经出了电能和热能之间的转换关系3、为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（ ）4、如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为（A）0 （B）0.5 （C） （D）5、如图所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流强度I1 A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设t0时，B0，则需要几秒，斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2)课后练习1一段直导线L1 m，其中通有I1 A的电流，受到垂直于纸面向外的大小为F1 N的磁场力作用，据此()A既可以确定这个磁场的磁感应强度的大小，又可以确定磁感应强度的方向B仅能确定磁感应强度的大小，不能确定磁感应强度的方向C仅能确定磁感应强度的方向，不能确定磁感应强度的大小D磁感应强度的大小和方向均无法确定2将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一块条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图23所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看()A圆环顺时针转动，靠近磁铁B圆环顺时针转动，远离磁铁C圆环逆时针转动，靠近磁铁D圆环逆时针转动，远离磁铁3如图所示，金属细棒质量为m，用两根相同轻弹簧吊放在水平方向的匀强磁场中，弹簧的劲度系数为k，棒ab中通有稳恒电流，棒处于平衡，并且弹簧的弹力恰好为零若电流大小不变而方向相反，则()A每根弹簧弹力的大小为mgB每根弹簧弹力的大小为2mgC弹簧形变量为mg/kD弹簧形变量为2mg/k4如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于东、西方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，在两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B带电情况的说法中正确的是()A带同种电荷 B带异种电荷CB带正电 DA带正电5有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是()AM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同BM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D在线段MN上只有一点的磁感应强度为零6一段长0.2 m，通过2.5 A电流的直导线，关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况，正确的是()A如果B2 T，F一定是1 NB如果F0，B也一定为零C如果B4 T，F有可能是1 ND如果F有最大值时，通电导线一定与B平行7如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B11 T位于纸面内的细直导线，长L1 m，通有I1 A的恒定电流当导线与B1成60夹角时，发现其受到的安培力为零则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为()A. TB. TC1 T D. T8如图所示，质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止，此时细线与竖直方向的夹角为 ，则下列说法正确的是()A回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小为mgtanB回形针静止时受到的细线的拉力大小为mgcosC现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了D现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流消失了9如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导线，当通以电流I时，欲使导线静止在斜面上，外加匀强磁场B的大小和方向可能是()ABmgtan/(IL)，方向垂直斜面向上BBmgsin/(IL)，方向垂直斜面向下CBmgtan/(IL)，方向竖直向上DBmg/(IL)，方向水平向右10如图所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架，ab、cd边均与ad边成60角，abbccdL，长度为L的电阻丝电阻为r，框架与一电动势为E，内阻为r的电源相连接，垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场，则框架受到的安培力的合力大小为()A0 B.C. D.11、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斜上方，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？参考答案例1、【答案】选A.【详解】根据磁感应强度的定义，A选项对.B选项通电导线(电流I)与磁场方向平行时，磁场力为零，磁感应强度不为零，B选项错. C选项只有通电导线(电流I)与磁场方向垂直时，该处磁感应强度大小才为1 T，C选项错. D选项B与F方向一定垂直，D选项错.例2、【详解】(1)根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其运动情况.将导线AB从N、S极的中间O分成两段，由左手定则可得AO段所受安培力的方向垂直于纸面向外，BO段所受安培力的方向垂直于纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动.(2)根据导线转过90时的特殊位置判断其上下运动情况.如图所示，导线AB此时所受安培力方向竖直向下，导线将向下运动.(3)由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动.例3、【答案】(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下 【详解】(1)根据闭合电路欧姆定律 (2)导体棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N (3)将重力正交分解，设导体棒所受重力沿斜面的分力为F1，则F1=mgsin37=0.24 N 所以F1F安,导体棒受力如图,根据平衡条件有mgsin37+Ff=F安 解得Ff=0.06 N，方向沿斜面向下 例4、D跟踪训练1、D 2、A3、当堂检测1、【答案】选BC.【详解】对于A选项，安培力水平向内，三力合力不可能为零,A错误；对于B选项，安培力竖直向上，当安培力时，可以平衡，此时，B选项正确；对于C选项，安培力水平向外，三力平衡时安培力，此时，C选项正确；对于D选项，安培力垂直于绳子的方向向内，三力不可能平衡，D错误.2、【答案】选ACD。【详解】奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间的联系，故A正确；欧姆定律是反映了导体中的电流与电压和电阻的关系，B错误；法拉第实现了转磁为电的梦想，揭示了磁现象和电现象的关系，故C正确；焦耳发现了电流的热效应，并且定量给出了电能和热能之间的转换关系，故D正确.3、【答案】选B。【详解】由于地磁场的北极在地球的南极附近，由安培定则可知，安培假设中环形电流方向如B图所示，故A、C、D错，B正确。4、答案：C解析：导线有效长度为2lsin30=l，所以该V形通电导线收到的安培力大小为。选C。本题考查安培力大小的计算。难度：易。5、【答案】5 s【详解】斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示由平衡条件FTcos37FFTsin37mg由解得：F代入数值得：F0.8 N由FBIL得B T2 TB与t的变化关系为B0.4t解得t5 s课后练习1、【答案】D【详解】考虑到I与B的方向不明确，无法用B确定磁感应强度的大小；仅知道F的方向，无法用左手定则判断磁感应强度的方向故选D.2、【答案】C【详解】该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相互排斥，异极相互吸引，可得C项正确3、【答案】AC【详解】弹簧的弹力恰好为零，说明安培力应向上与重力平衡，即F安mg，若电流大小不变而方向相反时，则安培力应向下，但大小不变，弹簧弹力与安培力和重力平衡，即2kxF安mg2mg，所以每根弹簧弹力的大小为mg，弹簧形变量为mg/k，选项A、C正确4、【答案】BD【详解】云层间闪电必须发生在异种电荷之间，故B正确；在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，所以此题是考查通电直导线的右手定则，由题意知，从西向东看，磁场是逆时针的，根据右手定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电，所以D选项正确5、【答案】选BD.【详解】根据安培定则和磁场的叠加原理，M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反，选项A错B对；在线段MN上只有在O点处，a、b两电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有O点处的磁感应强度为零，选项C错D正确6、【答案】选C.【详解】当导线与磁场方向垂直放置时，FBIL，力最大，当导线与磁场方向平行放置时，F0，当导线与磁场方向成任意其他角度放置时，0FBIL，A、D不正确，C正确；磁感应强度是磁场本身的性质，与受力F无关，B不正确7、【答案】选BCD.【详解】导线受到的安培力为零，可判断出合磁感应强度为零或沿导线方向，可求出磁感应强度B2的最小值，B2小B1sin60 T，故B、C、D均正确8、【答案】选C.【详解】回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小和方向都不确定，拉力大小也不能确定，故A、B错误；对回形针加热，回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了，所以选项C正确，D错误9、【答案】选B.【详解】B方向垂直斜面向上，由左手定则可知，安培力方向沿斜面向下，导线不可能静止，A错；同理可知C、D错；B方向垂直斜面向下，安培力沿斜面向上，由平衡条件得：BILmgsin，解得B，故B项对10、【答案】选C.【详解】总电阻Rrr，总电流I，梯形框架受的安培力可等效为I通过ad边时受到的安培力，FBIBI2L，所以C选项正确11、【答案】(1)mg(2)Bmin水平向右从b向a看侧视图如图所示【详解】(1)水平方向：fF安sin 竖直方向：NF安cos mg又F安BILBL联立得：Nmgf(2)使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，则受安培力竖直向上则有F安mg，Bmin，根据左手定则判定磁场方向水平向右