高中物理选修新课标人教版选修3-1第三章3 4 通电导线在磁场中受到的力 学案

3.4 通电导线在磁场中受到的力 学案【学习目标】1、认识安培力。2、会判断安培力的方向。 3、会计算匀强磁场中的安培力。4、会判断通电导线在磁场中的运动情况。 5、了解磁电式电流表的基本原理。【学习重点和难点】1、安培力方向的判断。 2、通电导线在磁场中的运动情况的判断。【自主学习】一、安培力的方向1安培力：通电导线在 中受的力2决定安培力方向的因素：(1) 方向；(2) 方向3左手定则：如右图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且拇指与手掌在同一平面内让磁感线从 进入并使四指指向 ，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4安培力的特点与电流方向、磁感应强度的方向都 ，即安培力F 于B和I决定的平面二、安培力的大小1当长为L的导线，垂直于磁场B放置，通过的电流为I时，F ，此时电流受力最大2当磁感应强度B的方向与通电导线 时，导线受力为零3当磁感应强度B的方向与通电导线方向成角时，F .这是一般情况下安培力的表达式其中Bsin是B垂直于电流方向的分量三、磁电式电流表1基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的2工作原理：如右图所示，磁场的方向总沿着 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 的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈平面 ，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 ，螺旋弹簧的形变也就 ，I与指针偏角成正比，表盘刻度 (选填“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 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.【合作探究】1、 为什么平行导线间同向电流相互吸引，反向电流相互排斥？2、 “安培定则(右手螺旋定则)”和“左手定则” 有何区别和联系？3、 磁电式电流表线圈处的磁场为何是辐射状的？【精讲点拨】1判定安培力的方向应注意的问题在解决有关磁场对电流的作用问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培力方向时要注意以下几点：(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直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，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心(3)在具体判断安培力的方向时初学者由于受到静电力方向判断方法的影响，有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向为避免这种错误，应该把静电力和安培力进行比较，搞清力的方向与场的方向的关系及区别例、下图表示放在匀强磁场里的通电直导线，直导线与磁场方向垂直，图中分别标出了电流、磁感应强度和安培力这三个量中的两个的方向，试标出第三个量的方向(注：一般用“”表示电流垂直纸面向里，用“”表示电流垂直纸面向外)2安培力大小的计算计算安培力大小时，要注意理解和灵活应用公式F=ILB和F=ILBsin .(1)公式F=ILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时，F最大，F=ILB；当B与I平行时，F=0.弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如下图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端(2)当磁场和电流成角时，如下图所示将磁感应强度B正交分解成BBsin 和BBcos ，而B对电流是没有作用的FBILBILsin ，即FBILsin .MNbcda(3)安培力公式一般用于匀强磁场，或通电导线所处区域的B的大小和方向处处相同如果导线各部分所处的位置B的大小、方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处的范围B的大小和方向近似相同，求出各段导线受的磁场力，然后再求合力3通电导线在安培力作用下运动情况的判断方法（1）基本方法：首先确定导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况，再根据力和运动的关系确定导线的的运动情况。例、如图所示，线框abcd与导线MN放在光滑水平面上面，ab边与MN平行，导线MN固定，请分析线框的运动情况。（2）判断安培力作用下物体的运动情况的特殊方法： 电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元。运用左手定则判断每小段电流元所受安培力的方向。从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向； 特殊值法：把电流或磁铁转到个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向； 等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管；通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析； 利用结论法：两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。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运动方向。例1、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由活动，当恒定电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将()A顺时针方向转动，同时靠近导线AB B逆时针方向转动，同时离开导线ABC顺时针方向转动，同时离开导线AB D逆时针方向转动，同时靠近导线AB例2如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是（从上往下看）（ ）A. 顺时针方向转动，同时下降 B. 顺时针方向转动，同时上升C. 逆时针方向转动，同时下降 D. 逆时针方向转动，同时上升SN例3把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈中心,且在线圈平面内。当线圈通以图示方向的电流时线圈将( )A发生转动,同时靠近磁铁 B发生转动,同时远离磁铁C不发生转动,只靠近磁铁 D不发生转动,只远离磁铁例4.条形磁铁放在水平面上，在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线，如图所示，当直导线中通以图示方向的电流时，磁铁仍保持静止.下列结论正确的是 （ ） A.磁铁对水平面的压力减小 B.磁铁对水平面的压力增大C.磁铁对水平面施加向左的静摩擦力 D.磁铁所受的合外力增加【典例剖析】例1、如下图，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为多大？【跟踪发散】11：如图所示，长度为10 cm的一段直导线AB，与磁场方向垂直地放置在磁感应强度为B3102 T的匀强磁场中今在导线中通以10 A的电流，方向自B向A，导线以固定点O为转轴(设OA3OB)，求由图中位置按顺时针方向转过60角时，导线受到的安培力的大小和方向例2、一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将()A不动B顺时针转动 C逆时针转动 D向纸面内平动30BI例3、在倾角为30的光滑斜面上垂直放置一根长为L、质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向下，如图所示，当导体棒通有垂直纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感应强度的大小B为多少？【巩固拓展训练】1关于通电导线所受安培力F的方向，磁场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2一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如下图所示在导线以其中心点为轴转动90的过程中，导线受到的安培力()A大小不变，方向不变 B由零增大到最大，方向时刻改变C由最大减小到零，方向不变 D由零增大到最大，方向不变3如下图所示，F是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是()4.如右图所示，直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如右图所示，如果直导线可以自由地运动，且通以从a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况()A从上向下看，顺时针转动并靠近螺线管 B从上向下看，顺时针转动并远离螺线管C从上向下看，逆时针转动并远离螺线管 D从上向下看，逆时针转动并靠近螺线管5如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿y方向，则()A该通电导线一定不会沿平行Ox方向放置B该通电导线一定平行Oz方向放置C无论通电导线怎样放置，它总受到y方向的安培力D沿x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向6如图所示，用细绳悬于O点的可自由转动的通电导线AB放在蹄形磁铁的上方，当导线中通以图示方向电流时，从上向下看，AB的转动方向及细绳中张力变化的情况为()AAB顺时针转动，张力变大 BAB逆时针转动，张力变小CAB顺时针转动，张力变小 DAB逆时针转动，张力变大7如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力FA_FB_FC_FD_FE_8如下图所示，一根长为L的细铝棒用两根劲度系数为k的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中当电流I方向向右时，两根弹簧缩短；当I的方向向左时，两弹簧伸长，并且相对于平衡位置伸长、缩短的长度都