江苏省新沂市王楼中学高中物理 3.4《磁场对通电导线的作用力》导学案新人教版选修3-1VIP

1 江苏省新沂市王楼中学高中物理江苏省新沂市王楼中学高中物理 3 4 3 4 磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力 导学案 新人教版选修导学案 新人教版选修3 13 1 要点导学要点导学 1 本节通过控制变量的方法探究安培力的方向 得出左手定则 通过磁感应强度的定 义得出安培力的计算公式 进而拓展到磁场对通电线圈的作用效果 使大家认识磁电式电 流表的工作原理 通过本节的学习 应会用公式 F BIL 解答有关问题 知道左手定则的内 容 并会用它解答有关问题 知道磁电式电流表的工作原理 2 安培力的方向 左手定则 当磁场与电流垂直时 安培力 磁场 电流构成如图 3 4 1的三维直角坐标系 当磁场方向与电流方向不垂直时 安培力 磁场的垂直分量 电 流构成如图所示的三维直角坐标系 尽管磁场与电流方向可以不垂直 但安培力肯总是直 于电流方向 同时也垂直于磁场方向 即垂直于 方向和 方向所构成的平面 3 安培力的大小 在匀强磁场中 通电导线受到的安培力的计算公式为 非匀强磁场可以看成是很多个大小 方向不同的匀强磁场的组合 通电导 线在非匀强磁场中受到的安培力 是每一小段受到的安培力的合力 4 磁电式电流表 在磁电式电流表中 极靴和铁质圆柱之间构成一个特殊的磁场分布 磁场方向沿着 电流通过电流表的矩形线圈时 线圈的两条边线始 终与磁感应强度方向垂直 受到大恒定的安培力 安培力将促使线圈绕轴转动 同时螺旋 弹簧被收紧 将产生一个 的转动效果 当两种转动效果抵消时 指针会指在一个相 应的位置 从而指示出电流值 电流表的灵敏度很高 是指通过很小的电流时 指针就可以偏转较大的角度 在使用 电流表时 允许通过的电流一般都很小 使用时应该特别注意 范例精析范例精析 例例1 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 解析 解析 如图3 4 2所示 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 2 拓展 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 例例2 2 如图3 4 3所示 质量为 m 的导体棒 AB 静止在水平导轨上 导轨宽度为 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 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 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 能力训练能力训练 1 关于安培力的说法中正确的是 C A 通电导线在磁场中一定受安培力的作用 B 安培力的大小与磁感应强度成正比 与电流成正比 而与其他量无关 C 安培力的方向总是垂直于磁场和通电导线所构成的平面 D 安培力的方向不一定垂直于通电直导线 2 下图所示的四种情况 通电导体均置于匀强磁场中 其中通电导线不受安培力的是 C 3 3 如图3 4 5所示 一根质量为 m 的金属棒 AC 用软线悬挂在磁感强度为 B 的匀强磁场 中 通入 A C 方向的电流时 悬线张力不为零 欲使悬线张力为零 可以采用的办法是 AD A 不改变电流和磁场方向 适当增大电流 B 只改变电流方向 并适当减小电流 C 不改变磁场和电流方向 适当减小磁感强度 D 同时改变磁场方向 并适当增大磁感强度 4 一根长直导线穿过载流金属环中心且垂直与金属环的平面 导线和环中的电流方 向如图3 4 6所示 那么金属环受的力 A A 等于零 B 沿着环半径向外 C 向左 D 向右 5 如上左3图所示 一位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动 线圈的四个 边分别与x y轴平行 线圈中电流方向如图 当空间加上如下所述的哪种磁场时 线圈会 转动起来 B A 方向沿x轴的恒定磁场 B 方向沿y轴的恒定磁场 C 方向沿z轴的恒定磁场 D 方向沿z轴的变化磁场 6 如图3 4 7所示的天平可用来测定磁感应强度 B 天平的右臂下面挂有一个矩形线圈 宽为 L 共 N 匝 线圈的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面 当线圈中通有电流 I 方 向如图 时 在天平左 右两边加上质量各为 m m 的砝码 天平平衡 当电流反向 大小 不变 时 右边再加上质量为 m 的砝码后 天平重新平衡 由此可知 B A B 方向垂直纸面向里 大小为 m m g NI L B B 的方向垂直纸面向里 大小为 mg 2NI L C B 的方向垂直纸面向外 大小为 m m g NI L D B 的方向垂直纸面向外 大小为 mg 2NI L 7 如图3 4 8所示 条形磁铁放在水平桌面上 在其正中央的上方固定一根长直导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直纸面向外的电流 则 A A 磁铁对桌面压力减小 不受桌面的摩擦力作用 B 磁铁对桌面压力减小 受到桌面的摩擦力作用 C 磁铁对桌面压力增大 不受桌面的摩擦力作用 D 磁铁对桌面压力增大 受到桌面的摩擦力作用 8 在磁感应强度 B 0 3T 的匀强磁场中 放置一根长 10cm 的直导线 导线中通过 4 I 2A 的电流 求以下情况 导线所受的安培力 1 导线和磁场方向垂直 2 导线和磁场 方向的夹角为30 3 导线和磁场方向平行 0 060N 0 030N 0 9 在两个倾角均为的光滑斜面上 放有一个相同的金属棒 分别通以电流 I1和 I2 磁场的磁感应强度大小相同 方向如图3 4 9中 a b 所示 两金属棒均处于平衡状态 则两种情况下的电流强度的比值 I1 I2为多少 cos 10 如图3 4 10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受到磁场 力大小变为 F2 则此时 b 受到的磁场力大小变为 A A F2 B F1 F2 C F1 F2 D 2F1 F2 11 如图3 4 11所示 长为 L 的导线 AB 放在相互平行的金属导轨上 导轨宽度为 d 通过的电流为 I 垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为 B 则 AB 所受的磁场力的大小为 C A BIL B BIdcos C BId sin D BIdsin 12 应用通电导线在磁场中受力的原理 可以制成灵敏的电流天平 用电流天平可 以测出通电导线在匀强磁场中受力大小 从而求出磁感应强度 整个装置如图3 4 12甲所示 它的横臂 图3 4 12乙 能绕通过点和的轴自由转动 轴的左右两侧臂长相等 在轴的一侧 沿着横臂的边沿固定一条 U 形绝缘导线 这样在天 平的一端就有了一段短直线 CD 它的长度是 L 天平的另一端可以悬砝码或金属丝等轻小 物体 调整天平使它平衡 把有 U 形