2017_2018学年高中物理第5章磁场与回旋加速器5.4探究安培力学案沪科版选修

5.4探究安培力学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是安培力(重点)2知道左手定则的内容(重点)3掌握用安培力公式FBIL解答有关问题，通过安培力公式的应用，培养空间想象能力(重点、难点)安 培 力 的 方 向1安培力磁场对电流的作用力称为安培力2左手定则伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线穿入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向3安培力方向与磁场方向、电流方向的关系FB，FI，即F垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面1通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用()2通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直()3应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向()如图541为应用左手定则判断通电导体所受安培力的方向，观察以后回答：图541(1)用什么表示电流方向？(2)用什么表示安培力方向？【提示】(1)用四个手指指向表示电流方向(2)用大拇指所指方向表示安培力方向探讨1：如图542装置中，通电后导体棒向外摆动交换磁极位置后导体棒怎样运动？图542【提示】向里摆动探讨2：通电后导体向外摆动，若交换磁极位置，同时交换电源正、负极连接，则导体棒怎样运动？【提示】仍向外摆动1安培力的方向(1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，但B与I不一定垂直(2)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向；已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定2安培力与电场力的比较电场力安培力研究对象点电荷直导线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，负电荷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线方向和电荷正、负判断用左手定则判断3.安培力作用下导体运动方向的五种判断方法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线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)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向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，反向电流互相排斥；不平行的两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反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向1一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()【解析】A图中I与B平行应不受安培力，故A错误，由左手定则知B、C错误，D正确【答案】D2用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图543所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有()图543A两导线环相互吸引B两导线环相互排斥C两导线环无相互作用力D两导线环先吸引后排斥【解析】通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故A正确【答案】A3如图544所示，在南北方向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一条形小磁铁，当导线中通入图示的电流I后，下列说法正确的是() 【导学号：29682031】图544A磁铁N极向里转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力B磁铁N极向外转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力C磁铁N极向里转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力D磁铁N极向外转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力【解析】由条形磁铁的磁场分布，并由左手定则，可知导线左半部分受到安培力方向垂直纸面向外，右半部分安培力方向垂直纸面向里，由牛顿第三定律得磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里，右半部分安培力方向垂直纸面向外，因此条形磁铁N极向里转当转过90时导线受力竖直向上，则磁铁受力竖直向下，导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力，故C正确【答案】C左手定则应用的两个要点(1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向安 培 力 的 大 小1因素通电导体在磁场中受到的安培力的大小，跟导体的长度L、导体中的电流I、磁感应强度B都成正比2计算公式(1)当电流方向与磁场方向垂直时，FBIL.(2)当电流方向与磁场方向夹角为时，FBILsin .(3)当电流方向与磁场方向平行时，F0.1安培力的大小由电流强度、磁感应强度两个因素决定()2将长度为L、电流强度为I的导体放入磁感应强度为B的磁场中，导体所受安培力的大小一定是FBIL.()3通电导线放入磁场中不受安培力的作用，则通电导线一定和磁场方向平行()如图545，当通电导线与磁感线不垂直时，可用左手定则判断安培力的方向吗？若电流与磁感线成角，则安培力大小为多少？图545【提示】可以把B分解为平行于电流和垂直于电流两个方向，就能用左手定则判断安培力的方向，由此可确定安培力的大小FBILsin .如图546所示，一根质量为m的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b 两点，棒的中端处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，电流方向如图所示，悬线上的拉力为F.图546探讨1：若使悬线上的拉力F变为零，可以采取什么方法？【提示】适当增大磁感应强度或电流探讨2：若使悬线上的拉力F变大，可以采取什么方法？【提示】减小磁感应强度或电流强度，使磁感应强度方向反向，或者使电流方向反向1FBILsin 适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图547所示图5472同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间3在非匀强磁场中，只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算4当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和4如图548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()图548A0B0.5BILCBILD2BIL【解析】V形通电导线的等效长度为L，故安培力的大小为BIL，C正确【答案】C5.如图549，一段导线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()图549A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB【解析】导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad(1)L，故线段abcd所受的合力大小FILadB(1)ILB，导线有效长度的电流方向为ad，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确【答案】A6(多选)如图5410所示，通电导体棒静止于水平导轨上，棒的质量为m，长为L，通过的电流大小为I且垂直纸面向里，匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成角，则导体棒受到的()图5410A安培力大小为BILB安培力大小为BILsin C摩擦力大小为BILcos D支持力大小为mgBILcos 【解析】金属杆受力如图所示： 由于金属杆与磁场垂直，故安培力大小FABIL.根据平衡条件得：FfFAsin ，mgFAcos FN解得：FfBILsin ，FNmgBILcos .故A、D正确，B、C错误