2019_2020学年高中物理第三章磁场第三节探究安培力学案粤教版选修3_1.docx

教学资料范本2019_2020学年高中物理第三章磁场第三节探究安培力学案粤教版选修3_1编 辑：_时 间：_第三节探究安培力学科素养与目标要求物理观念：1.知道左手定则，会运用左手定则判断安培力的方向.2.知道磁感应强度的定义、定义式、单位及矢量性.3.掌握安培力的表达式.4.知道磁通量的概念和公式科学思维：1.会用FBIL分析和计算B与I垂直情况下的安培力.2.体会控制变量法在研究F与I、L关系中的应用一、安培力的方向1安培力：磁场对电流的作用力2左手定则：如图1所示，伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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图1二、安培力的大小磁感应强度1磁感应强度：(1)定义：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积的比值(2)表达式：B.(3)单位：特斯拉，符号是T.1T1_N/(Am)(4)物理意义：反映磁场的强弱和方向2安培力公式：当通电导线与磁场方向垂直时FBIL.3匀强磁场(1)定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场(2)产生：距离很近的两个异名磁极之间；通电螺线管内中间部分三、磁通量1定义：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即BS.2拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S与B的乘积表示磁通量3单位：国际单位制中单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb1_Tm2.4引申：B，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感应强度的单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度1判断下列说法的正误(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同()(2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直()(3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直()(4)通电的导线在磁场中一定受安培力()(5)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大()(6)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零()(7)穿过某一平面的磁感线条数越多，穿过该面的磁通量越大()2已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，放在比例系数为B的匀强磁场中，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，说明安培力的方向答案BIL垂直棒斜向左下BIL垂直纸面向外BIL垂直棒斜向右下0一、安培力的方向1安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面(1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向应用左手定则时，磁感线斜着穿过掌心2平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥例1画出图2中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)图2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所决定的平面，且满足左手定则学科素养例1用左手定则来判断安培力的方向，这是从物理学视角对客观事物的内在规律及相互关系进行分析，是对基于经验事实建构的理想模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养二、磁感应强度及其矢量叠加1磁感应强度的方向磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点处的磁场方向，也是该点磁感线的切线方向，或放在该点小磁针N极的受力方向注意：B的方向不是放在该点的电流元所受安培力的方向，由左手定则知，F与B垂直2磁感应强度的大小(1)定义式：B；成立条件：通电导线与磁场方向垂直(2)磁感应强度B由磁场自身因素决定，与是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关，不能由公式B理解为B与F成正比，与IL成反比3磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则例2关于磁感应强度，下列说法正确的是()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某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零C通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B0)D磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定答案D解析磁感应强度B只是一个定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关故选D.例3(多选)(20xx全国卷)如图3，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外则()图3A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0答案AC解析原磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知在b点：B0B0B1B2在a点：B0B0B1B2由上述两式解得B1B0，B2B0，A、C项正确学科素养例3这道高考题先用安培定则判断电流周围的磁场方向，而后根据矢量的合成法则计算磁感应强度的大小，考查了从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，体现了“科学思维”的学科素养针对训练在磁感应强度大小为B0、方向向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里如图4所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()图4Ab、d两点的磁感应强度相同Ba、b两点的磁感应强度相等Cc点的磁感应强度的值最小Db点的磁感应强度的值最大答案C解析如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等，但方向不同，A项错误；a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项错误，C项正确三、安培力大小的计算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平行时F0.3.当电流方向与磁场方向成角，如图5，应将B分解为B和B.此时FILBILBsin.图54注意：公式FILBsin中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图6例4如图7所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中ABBCCDDEl，且C120、BD150.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为()图7A2BIlB(2)BIlC(2)BIlD4BIl答案C解析据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：L等(2)l.据安培力公式得FBIL等(2)BIl，故A、B、D错误，C正确四、磁通量(1)如图，面积为S的平面在垂直于磁场方向上的投影面积为S.若有n条磁感线通过S，则通过面积S的磁感线有多少条？(2)若磁场增强，即B增大，通过面积S的磁感线条数是否增多？答案(1)n条(2)B增大时，通过面积S的磁感线条数增多1磁通量的计算：(1)公式：BS.适用条件：匀强磁场；磁感线与平面垂直(2)若磁感线与平面不垂直，则BScos.其中Scos为面积S在垂直于磁感线方向上的投影面积，如图8所示图82磁通量的正负：磁通量是标量，但有正负，若磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时为负值3磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示若有磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)例5如图9所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？若使框架绕OO轴转过60角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过90角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过180角，则穿过线框平面的磁通量变化了多少？图9答案BSBS02BS解析在题图所示位置时，磁感线与线框平面垂直，BS.当线框绕OO轴转过60时，如图所示BSBScos60BS.线框转过90时，线框由与磁感线垂直变为与磁感线平行，0.线框转过180时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了因而1BS，2BS，212BS.即磁通量变化了2BS.1(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是()答案C解析A图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；B图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B错误；C图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C正确；D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D错误2(磁感应强度的概念)由磁感应强度的定义式B可知()A若某处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受磁场力一定为零B通电导线在磁场中某处受磁场力非常小时，则该处的磁感应强度一定很小C同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力是一定的D磁场中某点的磁感应强度与该点是否放通电导线有关答案A解析磁感应强度的定义式B是在通电导线与磁场方向垂直时得出的，如果B0，则磁场力F0，但如果F0，则B不一定等于零，磁场力的大小与通电导线的放置方向有关，则A正确，B、C均错误；磁场一定时，磁感应强度是定值，与放不放通电导线无关，D错误3(安培力的大小)如图10所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力分别为：图10FA_，FB_，FC_，FD_.答案BILcosBILBIR04.(磁通量的计算)如图11所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()图11A11B12C14D41答案A解析两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确5(磁感应强度矢量的叠加)(20xx全国卷)如图12，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为()图12A0B.B0C.B0D2B0答案C解析如图甲所示，P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，因a点处的磁感应强度为零，可知B0的方向水平向左，由几何关系可知，B1B0.如果让P中的电流反向、其他条件不变，如图乙所示，由几何关系可知，a点处磁感应强度的大小BB0，故选项C正确，A、B、D错误一、选择题考点一磁感应强度的概念1关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A若长为L、电流为I的导体在某处受到的磁场力为F，则该处的磁感应强度必为B由B知，B与F成正比，与IL成反比C由B知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场D由FILB知，当B为定值时，与磁场方向垂直的一小段通电导体受到的磁场力F与IL成正比答案D解析公式B或FILB成立的前提条件是电流与磁场方向垂直，故选项A错误；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关，故选项B、C错误；当B为定值时，与磁场方向垂直的一小段通电导体受到的磁场力F与IL成正比，选项D正确2磁感应强度的单位是特斯拉(T)，与它等价的是()A.B.C.D.答案A解析当通电导线与磁场方向垂直时，B，磁感应强度B的单位由F、I、L的单位决定，在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，符号是T,1T1.考点二安培力的方向磁感应强度及其矢量叠加3在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是()答案C解析根据左手定则可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误4.如图1所示，把一根通电的硬直导线ab用绝缘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，导线a端所受安培力的方向是()图1A向上B向下C垂直纸面向外D垂直纸面向里答案D解析根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧根据左手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确5.(20xx市高二上期末)正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射装置电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射工作的电磁炮的原理如图2所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是()图2A竖直向上B竖直向下C水平向左D水平向右答案C解析由左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力的方向是水平向左，故选C.6(多选)(20xx全国卷)如图3，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反下列说法正确的是()图3AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1答案BC解析因三根导线中电流相等、两两等距，则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图中几何关系可知，L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行，L3所受磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直，A错误，B正确设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F，则由几何关系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos60F，L3单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos30F，故C正确，D错误7(20xx武汉外国语学校期末)如图4所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流，a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等关于以上几点处的磁感应强度，下列说法正确的是()图4AO点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同Da、c两点处的磁感应强度的方向不同答案C解析根据安培定则判断：两直线电流在O点处产生的磁场方向均垂直于MN向下，O点处的磁感应强度不为零，故A选项错误；a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故B选项错误；根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C选项正确；a、c两点处的磁感应强度方向相同，故D选项错误8.(20xx市高二上期末)如图5所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内下列说法正确的是()图5Aa点的磁感应强度一定为零Bb点的磁感应强度一定为零Cef导线受到的安培力方向向右Dcd导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外答案C解析根据安培定则可知，通电导线cd在a点产生的磁场方向垂直纸面向里，通电导线ef在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，但a点离cd较近，故a点的合磁场方向垂直纸面向里，故a点的磁感应强度一定不为零，故A、D错误；根据安培定则可知，通电导线ef和cd在b点产生的磁场方向相同，均为垂直纸面向外，所以b点的合磁场方向垂直纸面向外，故b点的磁感应强度一定不为零，故B错误；根据左手定则可判断，电流方向相反的两根导线所受的安培力互相排斥，所以ef导线受到的安培力方向向右，故C正确9(20xx河南八市联考高二上测评)如图6所示，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3，垂直纸面置于正三角形三个顶点处，O为正三角形的中心，当电流沿图示方向时，中心O处的磁感应强度为B0，若把L3移走，则O处的磁场磁感应强度为()图6A.B.CB0D.B0答案A解析三根相互平行的固定长直导线电流大小相等，它们在中心O处产生的磁感应强度大小均相同，依题意可知L1、L2在O处产生的合磁感应强度方向水平向右，与L3在O处产生的磁感应强度相同，若把L3移走，中心O处的磁场磁感应强度为，A正确10(多选)三根在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图7所示a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是()图7AB1B2B3BB1B2B3Ca和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里Da处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里答案AC解析a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁感应强度的叠加根据安培定则可判断出左、右两根导线在a处的磁场方向相反，因为距离相等，所以磁感应强度大小相等，所以左、右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢量和为零，a处的磁感应强度等于下面导线在该处产生的磁感应强度，所以a处的磁感应强度方向垂直于纸面向外同理可知b处的磁感应强度等于右面的导线在该处产生的磁感应强度，所以b处的磁感应强度方向也垂直于纸面向外，三根导线在c处产生的磁场方向均是垂直于纸面向里，所以合磁感应强度方向垂直纸面向里，所以B1B2B3，A、C选项正确，B、D选项错误考点三安培力的大小11.如图8所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为()图8AFaFbFcBFaFbFcCFbFaFcDFaFbFc答案D解析设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：FaBILa；FbBILbBId；c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有：FcBId；因为Lad，则有：FaFbFc.故D正确12(20xx江苏单科)如图9所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()图9答案A解析四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据FNBIl，A所受磁场力最大，当磁场发生微小变化时，A线圈对应的天平最容易失去平衡13(20xx市阜县高二上期中)如图10所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是()图10Aab边与bc边受到的安培力大小相等Bcd边受到的安培力最大Ccd边与ad边受到的安培力大小相等Dad边不