2018-2019版高中物理 第二章 磁场 第3讲 磁场对通电导线的作用学案 新人教版选修1 -1.doc

第3讲磁场对通电导线的作用目标定位1.知道什么是安培力.知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素.2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义.知道磁感应强度的单位.知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小.3.会用公式FBIL进行安培力的简单计算.4.了解电动机的工作原理.知道电动机在生产、生活中的应用.一、安培力1.定义：通电导体在磁场中受到的力称为安培力.2.把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和零之间.3.公式：FBIL(导体垂直磁场放置).想一想有的同学认为：放在磁场中的通电导线一定受到安培力的作用.这种想法对吗？为什么？答案不对.通电导线在磁场中所受安培力的大小跟导线与磁场之间的夹角有关；若导线方向与磁场方向一致，导线在磁场中不受安培力的作用.二、磁感应强度1.定义：一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度.2.定义式：B.3.单位：特斯拉，简称特，符号为T.4.B反映了磁场的强弱.5.磁感应强度是矢量.小磁针的N极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的方向.想一想根据B是否可以得出：当电流一定的情况下，通电导线在某点所受的力越大，说明该点的磁感应强度越大.答案不可以.必须是垂直放在磁场中的通电导线.三、安培力的方向1.安培力的方向跟磁场方向和电流方向有关.2.左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.想一想能不能说：通电导线在某点所受安培力的方向就是该处的磁感应强度方向？答案不能. 通电导线在某点所受安培力的方向永远与该点的磁感应强度方向垂直.四、电动机我们使用的电动机就是利用安培力来工作的.各种电动机都有定子和转子.一、对磁感应强度的理解1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量.2.矢量性：磁感应强度是矢量，既有大小，又有方向，磁场中某点磁感应强度的方向就是该点磁场的方向.3.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向.4.匀强磁场：各处的磁感应强度大小相等，方向相同的磁场.例1关于磁感应强度B的概念，下列说法中正确的是()A.磁感应强度由磁场本身决定B.磁感应强度的方向就是该处电流受力方向C.磁感应强度虽然有大小、方向，但磁感应强度是标量D.由定义式B可知，一小段通电导线所受磁场力为零，则该处磁感应强度一定为零答案A解析磁感应强度由磁场本身决定，与安培力和电流的大小均无关，选项A正确；通电导线受力的方向总是和磁感应强度的方向垂直，选项B错误；磁感应强度是矢量，有大小和方向，选项C错误；定义式B是通电导线垂直放在磁场中所受安培力的大小与导线中的电流和导线所在磁场中的长度的乘积的比值，若导线与磁场方向一致，无论磁感应强度多大，导线都不受安培力的作用，选项D错误.针对训练1关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A.由B可知，B与F成正比、与IL成反比B.通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关答案D解析磁感应强度B只是定义式，而不是决定式，磁感应强度B是由磁场本身决定的，与有无导体放入其中无关，故A、B选项错误，D正确；另外，当导线平行于磁场方向放入时，通电导体所受到的安培力为零，而此处的B0，C项忽略了这一点，因而是错误的.二、安培力的大小安培力的大小：通电直导线与磁场方向垂直时，所受的安培力最大，FBIL；导线方向与磁场方向平行时，导线不受安培力；导线方向与磁场方向斜交时，安培力介于最大值和零之间.例2如图231所示，把一水平导体棒置于竖直向下的匀强磁场中，棒中分别通有电流I和2I，则棒所受安培力()图231A.通有电流I时小B.通有电流2I时小C.一样大D.不能确定答案A解析当棒中通有电流I时，棒所受的安培力FBIL；当棒中通有电流2I时，棒所受的安培力F2BIL，选项A正确.针对训练2 如图232所示，一根长为0.2 m的通电直导线位于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度为0.2 T.当导线中的电流为1 A时，导线所受安培力的大小为()图232A.0.02 N B.0.04 N C.0.06 N D.0.08 N答案B解析根据FBIl解得导线所受安培力的大小为0.04 N.三、安培力的方向1.可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.2.安培力的方向与磁场方向有关，与电流方向也有关.安培力的方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，即垂直于磁场和电流所决定的平面.例3某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系的图如图所示，其中正确的是()答案D解析由于F、B、I三者的方向关系满足左手定则，由左手定则知，D正确，A、B错误；C图中，B与I平行，导线不受安培力，故C错误.针对训练3如图233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F0，可能达到要求的方法是()图233A.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答案C解析由于绳子的拉力为零，所以直导线所受的安培力向上，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故C正确.安培力与左手定则1.如图234所示，在两平行直导线A、B中，通有方向相同的电流I.则B导线受到磁场力的方向()图234A.向左B.向右C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里答案A解析根据安培定则可知，导线A在导线B处产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则可判定B受安培力方向向左，故A对，B、C、D错.2.如图235所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是()图235A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里答案D解析闭合开关S瞬间，由右手螺旋定则知螺线管右端为N极，左端为S极，螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方，由左手定则可知，导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里，D正确.磁感应强度3.磁感应强度是描述磁场的重要概念，磁场的基本性质是对电流有磁场力的作用，关于磁感应强度的大小，下列说法中正确的是() A.一小段通电直导线在磁场中某处受的力越大，该处的磁感应强度越大B.一小段通电直导线在磁场中某处受的力等于零，则该处的磁感应强度一定等于零C.匀强磁场中某处的磁感应强度的大小等于该处一小段通电直导线垂直磁场放置时所受的磁场力D.磁感线密的地方，磁感应强度大；磁感线疏的地方，磁感应强度小答案D解析由磁感应强度的定义可知A、B、C错误，根据磁感线的特点可知D对.4.下列关于磁感应强度的方向的说法中，正确的是()A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B.小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是该处磁感应强度的方向D.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向答案BD解析小磁针N极受力的方向就是该处磁感应强度的方向，而通电导线受力的方向总是和磁感应强度的方向垂直.磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向，但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场的方向.故正确答案为B、D.(时间：60分钟)题组一、磁感应强度1.如图236所示，一通电直导线竖直放置，其右侧A、B两点的磁感应强度分别为BA、BB，则()图236A.BABB，方向均垂直纸面向里B.BABB，方向均垂直纸面向里C.BABB，方向均垂直纸面向外D.BABB，方向均垂直纸面向外答案A解析由右手螺旋定则可判定A、B两点的磁感应强度的方向均垂直纸面向里，因A点离通电导线较近，故BABB，故A对，B、C、D错.2.有关磁感应强度的下列说法中，正确的是()A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C.若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是D.由定义式B可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小答案A解析磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱，因此选项A是正确的；磁感应强度是与电流I和导线长度L无关的物理量，且B中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D都是错误的.3.关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A.匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F，及该导线的长度L，通过的电流I，则BB.通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C.B只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关D.通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向答案C解析根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故B错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，故C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误.题组二、安培力与左手定则4.把长0.10 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直.已知磁场的磁感应强度的大小为5.0103 T，当导线中通过的电流为3.0 A时，该直导线受到的安培力的大小是()A.3.0103 N B.2.5103 NC.2.0103 N D.1.5103 N答案D解析导线受到的安培力的大小FBIL5.01033.00.10 N1.5103 N.5.探究影响安培力大小因素的实验装置如图237所示，直导线垂直磁场方向置于磁场中某处.当导线中电流为I时，导线所受安培力大小为F；现仅将导线中电流减小为时，导线所受安培力大小为()图237A.2F B.F C. D.答案C解析由FBIL可知C对，A、B、D错.6.在赤道上，地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5105 T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40 m，载有20 A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是()A.4108 N B.2.5105 NC.9104 N D.4102 N答案D解析磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式FBIL来计算此安培力的大小，其大小为FBIL51052040 N4102 N.7.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.如图238为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m.若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端初速为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s.轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力.下列说法正确的是()图238A.磁场方向为竖直向下B.磁场方向为水平向右C.磁感应强度的大小为103TD.电磁炮的加速度大小为3105 m/s2答案C解析由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B均不正确；由v22 ax得a6105 m/s2，D不正确；又BILma，所以B1.0103T，C正确；综上，正确选项应为C.题组三、安培力的综合应用8.如图239所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN，处在与其垂直的水平匀强磁场中.金属细杆的长度为1 m，质量为8.9103 kg.当金属细杆中通以0.89 A的电流时，两绝缘细线上的拉力均恰好为零.忽略与金属细杆连接细导线的影响.求：图239(1)金属细杆所受安培力的方向； (2)金属细杆中电流的方向；(3)匀强磁场的磁感应强度大小.答案(1)竖直向上(2)从N到M(3)0.1 T解析 (1)安培力方向竖直向上.(2)电流方向从N流向M或向左.(3)依据FBILFmg得到B0.1 T9.如图2310所示，水平导体棒AB被两根竖直细线悬挂，置于垂直纸面向里的匀强磁场中，已知磁场的磁感应强度B0.5 T，导体棒长L1 m，质量m0.5 kg，重力加速度g10 m/s2.当导体棒中通以从A到B的电流时，图2310(1)判断导体棒所受安培力的方向；当电流I2 A时，求导体棒所受安培力的大小F.(2)导体棒中通过的电流I为多大时，细线中拉力刚好为零？答案(1)向上1 N(2)10 A解析(1)由左手定则知，导体棒所受安培力的方向向上；当电流I2 A时，导体棒所受安培力的大小：FBIL1 N(2)当安培力与重力平衡时，细线中拉力刚好为零，即BILmg解得I10 A10.如图2311所示，ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场中，MN是质量为3 kg的金属棒，通以5 A的电流时，棒沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8 A时，棒能获得2 m/s2的加速度，求匀强磁场磁感应强度的大小.图2311答案1 T解析金属棒匀速运动时，BI1LFf金属棒匀加速运动时，BI2LFfma由解得B1 T.