2017届高中物理第6章磁吃电流和运动电荷的作用第1讲探究磁吃电流的作用学案鲁科版选修.docx

第1讲探究磁场对电流的作用目标定位1.知道安培力的定义，理解并熟练应用安培力的计算公式FILBsin.2.掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向.3.知道电流表的基本构造和基本原理.4.通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用一、安培力1物理学将磁场对电流的作用力称为安培力2安培力的大小：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度L的乘积，即FILB，安培力的单位为N.3安培力的方向左手定则：如图1所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向图1二、安培力就在你身边1电动机(1)电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机还可分为单相交流电动机和三相交流电动机(2)原理：如图2所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向上，在安培力作用下线框转动起来图22电流计(1)构造：如图3所示.图3(2)电流计最基本的组成部分是磁铁A和放在磁铁两极之间的缠绕着线圈并可转动的铝框B，如图所示，铝框的转轴上装有指针C和游丝D.(3)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，从而使游丝扭转形变，阻碍线圈的转动两种作用平衡时，指针便停留在某一刻度电流越大，指针的偏转越大，所以通过指针的偏转角度便可知道电流的大小.一、安培力的方向1安培力的方向既与磁场方向垂直，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，而是斜穿过手心特别提醒FI，FB，但B与I不一定垂直例1画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则二、安培力的大小1对安培力FILBsin的理解安培力大小的计算公式FILBsin，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，FILB.(2)当0，即B与I平行时，F0.2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4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图4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()答案A解析A图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故FILBcos，A正确，B图中，导线和磁场方向垂直，故FILB，B错误；C图中导线和磁场方向垂直，故FILB，C错误；D图中导线和磁场方向垂直，故FILB，D错误例3如图5所示，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5A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答案A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所受磁场力的合力大小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项正确三、安培力作用下的物体平衡例4如图6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1m的平行导轨上放一质量为m0.3kg的金属棒ab，通以从ba，I3A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棒对导轨压力的大小(g10m/s2)图6答案(1)1.73T(2)6N解析此类问题是关于安培力的综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑一个安培力而已画出导体棒的受力分析图，一般先画出侧视图，再利用共点力平衡条件求解此问题金属棒ab中电流方向由ba，它所受安培力水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力，从而求出磁感应强度B，再求出ab对导轨的压力(1)受力分析如图所示，ab棒静止，沿斜面方向受力平衡，则mgsinILBcos.BT1.73T.(2)设导轨对ab棒的支持力为N，由牛顿第三定律得，ab棒对导轨的压力大小为：NNN6N.借题发挥有些同学在处理此类问题时常常感到比较困难，原因是空间观念不强，对磁场方向、电流方向、安培力方向的关系分辨不清，这时可由立体图画出正视图、侧视图或俯视图，则三者之间的关系就一目了然了例如本题画出侧视图，不但磁感应强度、电流、安培力三者方向关系确定了，安培力、重力、支持力的关系也清楚了针对训练如图7所示，用两根轻细金属丝将质量为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()图7A.tan，竖直向上B.tan，竖直向下C.sin，平行悬线向下D.sin，平行悬线向上答案D解析要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fminmgsin，即IlBminmgsin，得Bminsin，方向应平行于悬线向上故选D.安培力的方向1如图8所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断磁场方向C、D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向图8答案A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里安培力的大小2如图9所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受的安培力的大小图9答案AILBcosBILBC.ILBD2IRBE0安培力作用下的物体平衡3如图10所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽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？图10答案方向垂直导轨面向上解析在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系因为B垂直轨道面，又金属杆处于静止状态，所以F必沿斜面向上，由左手定则知，B垂直轨道面向上大小满足ILBmgsin，I.题组一安培力的方向1下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()答案C2如图1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()图1答案B解析要使炮弹加速，安培力应向右，由左手定则可知：磁场方向应垂直纸面向外3通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图2所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是()图2A线框有两条边所受的安培力方向相同B线框有两条边所受的安培力大小相同C线框所受安培力的合力方向向左D线框将绕MN转动答案BC解析通电矩形导线框abcd在无限长直通电导线形成的磁场中，受到磁场力的作用，对于ad边和bc边，所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad边、bc边受磁场力(安培力)大小相同，方向相反，即ad边和bc边受合力为零而对于ab和cd两条边，由于在磁场中，离长直导线的位置不同，ab边近而且由左手定则判断受力向左，cd边远而且由左手定则判断受力向右，所以ab边、cd边受合力方向向左，故B、C选项正确4如图3所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行且通过正三角形的三个顶点，三条导线中通入的电流大小相等，方向垂直纸面向里；通过直导线产生磁场的磁感应强度B，I为通电导线的电流大小，r为距通电导线的垂直距离，k为常量；则通电导线R受到的磁场力的方向是()图3A垂直R，指向y轴负方向B垂直R，指向y轴正方向C垂直R，指向x轴正方向D垂直R，指向x轴负方向答案A5图4所示装置可演示磁场对通电导线的作用、电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动下列说法正确的是()图4A若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动答案BD解析若a接正极，b接负极，则根据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向左运动，A错；若a接正极，b接负极，则根据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向右运动，B正确；若a接负极，b接正极，则根据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向右运动，C错；若a接负极，b接正极，则根据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向左运动，D正确题组二安培力的大小6如图5所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力()图5A竖直向上B方向垂直于ad斜向上C方向垂直于bc斜向上D为零答案D7如图6所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则MN所受安培力大小()图6AFIdBBFIdBsinCFDFIdBcos答案C解析题中磁场和电流垂直，角仅是导线框与金属杆MN间夹角，不是电流与磁场的夹角8如图7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的过程中，通电导线所受安培力是()图7A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，方向均改变答案B解析安培力FIlB，电流不变，垂直直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直BI所构成的平面，所以安培力的方向不变，B对，故选B.题组三电动机和电流计9有关电动机的换向器的作用，以下说法正确的是()A当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向B当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向C当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线的方向D当线圈平面与磁感线平行时，自动改变线圈转动方向答案B10为了改变电动机的转动方向，下述可采取的措施正确的是()A改变电源电压的大小B改变通过线圈的电流的大小C改变通过线圈的电流的方向D对调N、S两磁极的位置，同时对调电源的正、负极答案C题组四安培力作用下的导体棒的平衡11如图8所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属弹簧静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中当金属杆中通有方向ab的电流I时，每根金属弹簧的拉力大小为T.当金属杆通有方向ba的电流I时，每根金属弹簧的拉力大小为2T.则磁场的磁感应强度B的大小为_图8答案解析金属杆ab受重力、磁场力、弹簧的拉力而平衡当金属杆ab中的电流方向由a到b时，磁场力向上2TIlBmg当金属杆ab中的电流由b到a时，磁场力向下4TIlBmg解方程组得B.12两个倾角均为的光滑斜面上，各放有一根相同的金属棒，分别通有电流I1和I2，磁场