高中物理第三章磁场2磁吃通电导线的作用_安培力学案教科版选修.docx

2.磁场对通电导线的作用安培力学 习 目 标知 识 脉 络1.知道安培力的定义及安培力大小的决定因素2会用FILB计算B与I垂直情况下的安培力(重点)3掌握左手定则，并会用它判定安培力的方向(重点)4知道电动机的工作原理.安 培 力 的 实 验 探 究 和 公 式1安培力磁场对通电导线的作用力2科学探究：安培力与哪些因素有关(1)实验探究采用的方法：控制变量法(2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是：当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力增大；当其他因素不变，电流增大时，安培力增大；当其他因素不变，导体长度增大时，安培力增大；安培力的方向由磁场方向和电流方向共同决定3安培力的大小(1)FILB.(2)适用条件通电导线与磁场方向垂直匀强磁场或非匀强磁场中很短的导体1通电导体在磁场中所受安培力为零，该处磁场感应强度一定为零()2两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小相等，方向相同()3通以10 A电流的直导线，长为0.1 m，处在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中，所受安培力可能为0.02 N()通电导体在磁场中所受安培力F的大小一定等于ILB吗？【提示】不一定只有当通电导体中的电流方向与磁场方向垂直时，安培力F才等于ILB.如321所示，利用下列实验装置可以探究安培力的大小与磁场、电流大小的关系(1)在B、L一定时，增大电流I，导线受力怎么变化？(2)在B、I一定时，增大导线的长度L，导线受力怎么变化？321【提示】(1)当B、L一定时，增大电流I、导线受的力变大(2)当B、I一定时，增大导线长度L导线受力变大1当电流方向与磁场方向垂直时，FILB.此时通电导线所受安培力最大2当电流方向与磁场方向不垂直时，FILBsin (是I和B之间的夹角)3当通电导线的方向和磁场方向平行(0或180)时，安培力最小，等于零4若导线是弯曲的，公式中的L并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”它等于连接导线两端点直线的长度(如图322所示)，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端图322一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小不可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 ND0【解析】由安培力的公式FILBsin 可知，安培力的大小与I和B的夹角有关当90时，F最大，FmaxILB20.20.5 N0.2 N当0时，F最小，Fmin0，故F的大小范围是0F0.2 N，故B、C、D可能，A不可能【答案】A如图323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所受安培力大小为() 【导学号：96322061】图323AFBIdBFBIdsin CFDFBIdcos 【解析】导线与B垂直，FBI.【答案】C如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为I，磁感应强度均为B，求各导线所受到的安培力的大小【解析】A图中，FIlBcos ，这时不能死记公式而错写成FIlBsin .要理解公式本质是有效长度或有效磁场，正确分解B图中，BI，导线在纸平面内，故FIlB.C图是两根导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac，故FIlB.D图中，从ab的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为ab，故F2IRB.E图中，F0.【答案】A：IlBcos B：IlBC：IlBD：2IRBE：0计算安培力大小应注意的问题(1)应用公式FIlB，电流方向必须与磁场方向垂直(2)通电导线放入磁场中，有可能不受安培力的作用(3)公式FIlB中的l不一定是导线的实际长度，而应是“有效长度”安 培 力 的 方 向 和 安 培 力 的 应 用1安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向(2)方向特点：安培力的方向既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直，即安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面2电动机(1)原理：利用磁场对通电线圈的安培力使线圈在磁场中旋转(2)作用：把电能转化为机械能(3)分类1当通电直导线垂直于磁场方向时，安培力的方向和磁场方向相同()2磁感应强度的方向与安培力的方向垂直()3电动机是把电能转化为机械能的装置()通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直吗？【提示】一定根据左手定则可判断安培力的方向垂直于电流和磁场方向如图324所示，利用下列装置可以探究安培力的方向与磁场、电流方向的关系(1)图中磁场方向向哪？闭合电键后，导线中电流方向向哪？(2)闭合电键后，通电导线所受安培力的方向与磁场、电流方向存在什么关系？图324【提示】(1)磁场方向竖直向下、电流方向从里向外(2)安培力的方向与磁场方向、电流方向都垂直1电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关系(1)电流方向和磁场方向间没有必然联系，这两个方向的关系是不确定的(2)电流方向和磁场方向共同决定了安培力的方向，一旦这两个方向确定，安培力的方向是唯一的(3)已知安培力方向和磁场方向时，电流方向不确定；已知安培力方向和电流方向时，磁场方向不确定2电场力与磁场力的方向对比电场力安培力研究对象点电荷电流受力特点与电场方向相同(正电荷)或相反(负电荷)与磁场方向和电流方向都垂直判断方法由电场方向和电荷的正、负判断左手定则请画出如图325所示的甲、乙、丙三种情况下，导线受到的安培力的方向甲乙丙图325【解析】画出甲、乙、丙三种情况的侧面图，利用左手定则判定出在甲、乙、丙三种情况下，导线所受安培力的方向如图所示甲 乙 丙【答案】见解析 如图326所示，磁场方向竖直向下，长度为l的通电直导线ab处于磁场中，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() 【导学号：96322062】图326A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【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B、I所构成的平面，所以安培力的方向不变，故选项B正确【答案】B音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机如图327是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.图327(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率【解析】(1)由安培力表达式FBIL可知，线圈所受的安培力FnBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右(2)由功率公式PFv可知，安培力的功率PnBILv.【答案】(1)安培力的大小：nBIL方向：水平向右(2)安培力的功率：nBILv左手定则应用的几个要点(1)安培力方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可以与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向学业分层测评(十六) (建议用时：45分钟) 1如图328是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图三块相同蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中1、2、3、4轻而柔软的细导线悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是() 【导学号：96322154】图328A仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变B改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变C仅改变电流方向或仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变D增大电流的同时并改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大【解析】仅拿掉中间的磁铁，导体棒在磁场中的有效长度减小，所受安培力减小，摆动幅度减小，选项A错误；改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒所受安培力方向不变，仅改变其中一个方向时，安培力方向改变，选项B错误，C正确；增大电流的同时，减小导体棒在磁场中的有效长度，所受安培力可能减小，摆动幅度可能减小，选项D错误【答案】C2在赤道上空，有一条沿东西方向水平架设的导线，当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线受到地磁场的作用力的方向为()A向北B向南C向上D向下【解析】导线中的自由电子自西向东沿导线定向移动时，形成的电流自东向西赤道上空地磁场方向由南水平指向北，由左手定则可判断导线受到的安培力方向向下答案为D.【答案】D3在如图所示的四个图中，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是()【解析】安培力的方向一定与直导线和磁场所决定的平面垂直，A、B均错误，由左手定则可判断C错误，D正确【答案】D4如图329所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是() 【导学号：96322155】图329A水平向左B水平向右C竖直向下D竖直向上【解析】先用安培定则判断螺线管的磁场方向在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上故选D.【答案】D5如图3210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3210A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【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【答案】A6如图3211所示，两根相隔一定距离、相互垂直的异面直导线ab和cd，分别通有方向如图所示的电流，若通电导线ab固定不动，通电导线cd可以自由运动，则通电导线cd的运动情况是()图3211A顺时针转动，同时靠近abB顺时针转动，同时远离abC逆时针转动，同时靠近abD逆时针转动，同时远离ab【解析】由安培定则知通电导线ab的磁场在ab上面是垂直纸面向外的，在ab下面是垂直纸面向里的，根据左手定则，通电导线cd上半部分所受安培力向右，下半部分所受安培力向左，故cd将顺时针转动因cd顺时针转动，其电流方向趋于和ab的电流方向一致，根据同向电流互相吸引，异向电流相互排斥的性质可知cd同时靠近ab.【答案】A7将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图3212所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看() 【导学号：96322156】图3212A圆环顺时针转动，靠近磁铁B圆环顺时针转动，远离磁铁C圆环逆时针转动，靠近磁铁D圆环逆时针转动，远离磁铁【解析】该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的性质，可得C项正确【答案】C8将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图3213所示，已知磁感应强度为1 T试求下列各图中导线所受安培力的大小和方向图3213【解析】由公式FIBLsin 得：(1)中F10.(2)中F2IBL0.02 N，方向水平向右(3)中F3IBL0.02 N，方向垂直导线方向斜向左上方(与水平成120角)【答案】(1)0(2)0.02 N，水平向右(3)0.02 N，与水平方向成120角斜向左上方9(多选)如图3214所示，质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨宽为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为，有电流时，ab恰好在导轨上静止，下图是它的四个侧视图，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是()图3214【解析】因杆ab静止在导轨上，所受合力为零，若杆ab所受的支持力和磁场对ab的安培力以及杆ab所受的重力的合力为零，或杆ab所受重力与所受安培力的合力为零，则ab杆与导轨之间的摩擦力就为零，对A、B、C、D四个图中杆ab进行受力分析知，选项A、B图中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零【答案】AB10如图3215所示，水平桌面上放置一根条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出() 【导学号：96322157】图3215A弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小B弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小C弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大D弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大【解析】如图所示，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定则可知，直导线受向下的安