高中物理 第三章 磁场《磁场对通电导线的作用力》学案（无答案）新人教版选修31.doc

3.4 磁场对通电导线的作用力学案【课标要求】1知道什么是安培力，会推导安培力的计算公式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】1安培力的大小计算和方向的判定。2空间想象能力的培养（实物图、正视图、侧视图、俯视图）。 【课前预习】1安培力磁场对 的作用力通常称为安培力。2安培力的方向图1（1）判定通电导线在磁场中受力方向用 ：伸开左手，使拇指与其余四个手指_，并且都与手掌在同一个_；让磁感线从掌心进入，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。如图1所示：（2）安培力的方向总是既与磁场方向_ ，又与电流方向_ ，也就是说安培力的方向总是垂直于_ 所决定的平面 （3）左手定则涉及三个物理量的方向，涉及三维空间,解题时多将三维图形用侧视图、俯视图和剖面图等二维图形表达，学习时应能将二维图形想像成三维图形。3安培力的大小 (1) 通电导线与磁场方向平行时：f=_ ；(2) 通电导线与磁场方向垂直时：f=_ ；(3) 通电导线与磁场方向成角：f=_ 。4磁电式电流表（1）蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地_ 分布的(如图343所示)，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线_。线圈所处的磁感应强度的大小都_ 。图343（2）工作原理：当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁柱轴线平行的两边都受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大。当这种阻碍线圈转动的力矩增大到同安培力产生的使线圈发生转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。由转动角度即指针对应刻度可以确定电流_ ，由指针_ 反映电流方向。（3）磁电式电流表的特点表盘的刻度_ ，i.灵敏度高，量程_ ，过载能力差满偏电流ig，内阻rg反映了电流表的最主要特性【预习检测】 1 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向bbbbe fgh2.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 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. 【探究与生成】例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 。乙ab丙ab甲ab【解析】如上乙和丙图研究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总结：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。思维拓展：由于磁感应强度b的方向、电流的方向、安培力的方向涉及三维空间，所以要熟练掌握把立体图形改画成平面图形的方法技巧，以便于画受力图分析受力情况。安培力的方向用左手定则判断，但更要明确电流与磁感应强度方向不一定垂直，但所决定的平面一定与安培力垂直。snv【变式训练1】 如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的上方有一与磁铁垂直的长直导线，正缓慢的自左向右移动，直导线中通以垂直纸面向里外的电流，则磁铁受桌面的摩擦力作用为（磁铁始终不动）a、先减少后增大b、先增大后减少c、一直增大d、一直减少 【变式训练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，同时上升例2：如图所示，在匀强磁场中放有下列通电导线，长度为l、电流强度为i、磁感应强度为b，求各导线所受的安培力的大小和方向。 （1）（2） bibib2【解析】 (1)首先把b分解为b1、b2，相当于b1、b2两个正交的磁场共同作用于通电导线，因为b1i，所以b1对电流无作用力，b对i的作用，实际上就是b2对i的作用，所以f=b2il=bilcos.由左手定则得，方向垂直纸面向里。(2)的方法是将abc等效，它的等效长度是初末位置的连线ac长度，为l，所以f=bil，方向垂直于ac方向。总结：安培力的大小计算应注意是垂直量的有效性，通电导线的等效长度是初末位置的连线。例3：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。图4【解析】导体ab受重力、磁场力弹簧的的拉力而平衡。当ab中的电流方向由a到b时，磁场力向上。 2t+bil=mg 当ab中的电流由b到a时，磁场力向下。 4t=bil+mg 解方程组得总结：通电导线在磁场中的力和运动问题，解题思路与力学中的力和运动问题是一样的，其关键是要能准确分析受到的安培力的大小和方向，再结合力和运动知识求解即可。对于这类问题的求解思路：（1）若是立体图，则必须先将立体图转化为平面图（2）对物体受力分析，要注意安培力方向的确定（3）根据平衡条件或物体的运动状态结合牛顿运动定律列出方程（4）解方程求解并验证结果【变式训练3】 水平面上有电阻不计的u形导轨nmpq，它们之间的宽度为l，m和p之间接入电动势为e的电源(不计内阻)现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为r的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为b，方向与水平面夹角为且指向右斜上方，如图所示，问：(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若b的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，b的大小至少为多少？此时b的方向如何？ 3.4 磁场对通电导线的作用力练案课堂作业 a组（反馈练）1.磁电式电流表中通以相同电流时，指针偏转角度越大，表示电流表灵敏度越高，若其余条件都相同，则灵敏度高的电流表具有 ( )a.比较“软”的两个螺旋弹簧b.比较“硬”的两个螺旋弹簧c.比较少的通电线圈匝数d.比较强的辐向分布的磁场第2题 2 通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线mn在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与mn平行。关于mn的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（ ）a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朝左 d线框所受安培力的合力朝右第3题3直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离,直导线固定,线圈可以自由运动,当通过如图所示的电流时(同时通电)从左向右看线圈将 ()a顺时针转动,同时靠近直导线ab b顺时针转动,同时离开直导线abc逆时针转动,同时靠近直导线 d不动4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 ( )sn第4题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,只远离磁铁第5题5质量为m ，长为l的的金属棒ab用两根细金属丝悬挂在绝缘架mn下面，整个装置处在竖直方向的匀强磁场中，当金属棒通以由a向b的电流i后，将离开原位置向前偏转角而重新平衡，如图。求磁感应强度b的方向和大小。 b组第1题1.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点第2题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，方向不变第3题3.如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一段弯成直角的金属导线abc，且ab=bc=l0，通有电流i，磁场的磁感应强度为b，若要使该导线静止不动，在b点应该施加一个力f0，则f0的方向为_；b的大小为_ 。第4题4.一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abed，bc边长为l，线框下边部分处于匀强磁场中，磁感应强度大小为b，方向与线框平面垂直，如图所