高中物理 3.4通电导线在磁场中受到的力导学案 新人教版选修3-1.doc

第三章 磁场第四节 通电导线在磁场中受到的力【学习目标】1、知道什么是安培力，会推导安培力公式f=bilsin。2、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。3、了解磁电式电流表的工作原理。【重点、难点】教学重点安培力的大小计算和方向的判定。教学难点用左手定则判定安培力的方向。预习案【自主学习】1磁场对 的作用力通常称为安培力。2 磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力 ；导线短，作用力 。用公式表示为 。3如果磁场方向与电流方向夹角为时，安培力的大小 ，方向仍可用 定则判定。4左手定则：让磁感线垂直穿入 ，四指指向 方向，拇指所指 的方向。 5 在磁电式电流表中，蹄形磁铁和铁心间的磁场是的。 探究案【合作探究一】问题1：判断下图中导线a所受磁场力的方向。 答案： 问题2如图4所示，长l、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，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，每根金属丝的拉力大小为t。当金属杆通有方向ba的电流i时，每根金属丝的拉力大小为2t。求磁场的磁感应强度b的大小。例3如图5两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将（ ）a 吸引 b 排斥 c 保持静止d 边吸引边转动 例3解答：a两个线圈内的电流产生的磁场方向相同，互相吸引。也可以由一个电流受另一个的磁场力判断得相同的结论。【合作探究二】问题1试用电流的磁场及磁场对电流的作用力的原理，证明通有同向电流的导线相互吸引，通有异向电流的导线相互推斥力 问题1：解析：研究a对b的磁场力：（1）根据安培定则画出电流a在导线b处产生的磁场分布图；（2）根据左手定则可知通电导线b受到的磁场力是向左的；（3）根据牛顿第三定律，可知通电导线a受到的磁场力是向左的，即通有同向电流的平行导线相互吸引同理可得通有异向电流的平行导线是相互推斥的 拓展：两根平行的通电导线之间有力的作用，这是实验所证明的结论，通电导线之间的作用力是通过磁场相互作用的有些同学在研究两根导线之间的相互作用力时，同时画出两根导线在空间产生的磁场是没有必要的，也是思路不清的表现，两根导线之间的作用是通过各自的磁场对另一方作用的，不是两个磁场的相互作用。问题2：宽度为l，已知电源的电动势为e，内阻为r，导体棒的电阻为r，其余接触电阻不计，磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为，磁感应强度为b，求轨道对导体棒的支持力和摩擦力解析：涉及安培力时的物体的平衡问题，通过对通电棒的受力分析，根据共点力平衡方程求解棒的受力分析图如图3-4-4所示由闭合电路欧姆定律i=e/(r+r)由安培力公式 f=bil由共点力平衡条件 fsin=f n+fcos=mg 整理得 f=eblsin/(r+r) n=mg-eblcos/(e+r) 拓展：本题是有关安培力的典型问题，必须作好受力分析图，原题给出的是立体图是很难进行受力分析，应画出投影图，养成良好的受力习惯是能力培养过程中的一个重要环节【合作探究三】磁电式电流表中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理。（1）电流表主要由哪几部分组成的？投影图 电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。（2）什么电流表可测出电流的强弱和方向？磁场对电流的作用力和电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角度就越大，因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变，所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。（3）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。如图。所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度b的大小是相等的。这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过的位置磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。（4）磁电式仪表的优缺点是什么？磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。【课堂小结/本节知识网络】1左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向安培力 2使用安培力公式f=bil3、了解磁电式电流表的工作原理 【思考】安培力的矢量性问题【当堂检测】1 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向2.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列说法中正确的有 ( ) a.通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同b.不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等c.通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同d.不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行3正在通电的条形电磁铁的铁心突然断成两截，则两截铁心将 （ ）a 互相吸引 b互相排斥 c不发生相互作用 d无法判断4 如图，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的s极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是 （ ）a 向右飞行的正离子 b 向左飞行的正离子c 向右飞行的负离子 d. 向左飞行的负离子5 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同方向相反的电流，a受到的磁场力大小为f1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为f2，则此时b受到的磁场力大小变为 （ ）a. f2 b. c. d. 【课后巩固】1. 一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中,此时悬线的张力大于零而小于铜棒的重力.使悬线中张力为零,可采用的方法有 ( ) a适当增大电流,方向不变b适当减小电流,方向反向c电流大小、方向不变d使原电流反向，并适当减弱磁场2. 一段通电的直导线平行于匀强磁场放入磁场中，如图所示导线上电流由左向右流过当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90的过程中，导线所受的安培力 （ ） a大小不变，方向也不变b大小由零渐增大，方向随时改变c大小由零渐增大，方向不变d大小由最大渐减小到零，方向不变3.如图所示，有一根直导线上通以恒定电流i，方向垂直指向纸内，且和匀强磁场b垂直，则在图中圆周上，磁感应强度数值最大的点是 ( )a.a点 b.b点 c.c点 d.d点4.关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 ( )a.安培力的方向就是该处的磁场方向 b.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面c.若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零d.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最大5.一根用导线绕制的螺线管，水平放置，在通电的瞬间，可能发生的情况是 ( )a.伸长 b.缩短 c.弯曲 d.转动6.如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为l，质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是 （ ）a.b=mgtan/il，方向垂直斜面向下b.b=mgtanil，方向竖直向下c.b=mgil，方向水平向左d.b=mgcos/il，方向水平向右7如图所示，长直导线通电为i1，通过通以电流i2环的中心且垂直环平面，当通以图示方向的电流i1、i2时，环所受安培力 （ ）a.沿半径方向向里 b.沿半径方向向外 c.等于零 d.水平向左 e.水平向右8.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 （ ） 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9如图所示，边长为a的正方形线框通以恒定电流i，在匀强磁场中以oo为轴按图示位置转动，则（设无外力作用） （ ）a电流的方向是逆时针方向b图示位置，线框所受磁力矩为bia2c当线框转过90角时，所受磁力矩为mbia2d线框必定匀速转动10.两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是 （ ）a.都绕圆柱体转动b.彼此相向运动，且具有大小相等的加速度c.彼此相向运动，电流大的加速度大