2019-2020学年高中物理 第二章 磁场 3 第三节 磁场对通电导线的作用学案 新人教版选修1-1

第三节磁场对通电导线的作用1.知道什么是安培力，知道影响安培力大小和方向的因素(重点)2.理解磁感应强度的概念，知道其单位(重点)3会判断安培力的方向，会用公式fbil进行安培力的简单计算(重点难点)4了解电动机的简单原理，知道电动机在生产、生活中的应用, 学生用书p29)一、安培力1定义：通电导体在磁场中受到的力叫安培力2影响安培力大小的因素：磁感应强度、导体的长度、导体中的电流、导体和磁场方向的夹角3大小：电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流所受安培力最大；当电流方向与磁场方向斜交时，所受安培力在0和最大值之间4公式：fbil(导体垂直磁场放置)1磁场为零的地方，通电导线受到的安培力一定为零，那么通电导线受安培力为零的地方，磁感应强度b的大小是否也一定为零？提示：不一定通电导线受安培力为零的地方，磁感应强度b的大小不一定为零，可能是电流方向与b的方向在一条直线上二、磁感应强度1定义：一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度2公式：b；国际单位：特斯拉；单位的符号：t3意义：磁感应强度大小描述磁场的强弱，磁感应强度方向就是磁场的方向2磁场对放入其中的磁体和磁极有力的作用，我们能否用测量n极受力的大小来确定磁感应强度的大小？提示：不能因为n极和s极不能单独存在小磁针静止时是所受的合力为零，因而不可能确定n极的受力大小，也就不能用测量n极受力的大小来确定磁感应强度的大小三、安培力的方向安培力的方向判断方法(左手定则)：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向四、电动机1原理：电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用而工作的2组成：各种电动机都是由定子和转子组成的对磁感应强度的理解学生用书p301磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度l，电流i的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关2不能根据公式b就说b与f成正比，与il成反比3由公式b计算b时，通电直导线必须垂直于磁场放入如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力f为零，但不能说该处磁感应强度b为零4磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到作用力的方向垂直磁感应强度和电场强度有很多相似之处，但更应注意两者的区别：电场强度的方向和试探电荷所受电场力方向相同或相反，而磁感应强度的方向和通电导体所受磁场力的方向垂直关于磁感应强度，下列说法中正确的是()a匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力f，及该导线的长度l、通过的电流i，则bb通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零cb只是定义式，它是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关d通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向审题指导 解此题注意两点：(1)公式b是磁感应强度的定义式，而不是决定式(2)磁感应强度的方向就是该点小磁针n极受力方向解析根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故a错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故b错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流元无关，c正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故d错误答案c磁感应强度是矢量，它的方向是小磁针静止时n极所指的方向，而不是安培力的方向，磁感应强度是由磁场本身的性质来决定的，与是否在磁场中放入通电直导线以及电流强度、导线长度、安培力的大小无关在磁场中某一点的磁感应强度的大小和方向是唯一的 1匀强磁场中有一段长为0.2 m的直导线，它与磁场方向垂直，当通过3 a的电流时，受到6103 n的磁场力，则磁场的磁感应强度是_t；当导线长度缩短一半时，磁场的磁感应强度是_t；当通入的电流加倍时，磁场的磁感应强度是_t.解析：由公式b代入数值可得b t0.01 t，由于b由磁场本身的性质决定，与放入的通电导线的长度、电流的大小无关，所以当导线长度缩短一半时，磁感应强度b不变，还是0.01 t，当通入的电流加倍时，磁场的磁感应强度也还是0.01 t.答案：0.010.010.01对安培力的理解和应用学生用书p301关于安培力大小的讨论通过实验归纳得出，通电导线方向跟磁场方向垂直时，电流受到的安培力最大为fbil，平行放置时安培力为0.一般情况下，通电导线受到的安培力介于零和最大值之间，所以fbil只适用于电流方向与磁场方向垂直的情况2安培力的方向左手定则(1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向(2)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行(1)判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系(2)若已知b、i方向，f安方向唯一确定 命题视角1对安培力fbil的理解在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，为研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是()a只有电流b只有磁感应强度c只有导线在磁场中的长度d磁感应强度和导线在磁场中的长度解析由fbil知要研究f与i的大小关系，应保持b和l不变答案d 命题视角2对安培力方向的判断(多选)如图中，表示电流i的方向、磁场b的方向和磁场对电流作用力f的方向关系正确的是()审题指导 (1)电流方向、磁场方向和安培力方向三者只要知道其中任意两个，第三个物理量的方向可用左手定则判断出来(2)f、b、i三者的方向关系fi，fb，所以f垂直于b和i所确定的平面解析由左手定则，a图中磁场对电流作用力f的方向应竖直向上，所以a错误，而b、c、d都符合左手定则答案bcd2.请在图中画出通电直导线a受到的安培力的方向解析：(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出a所受安培力方向如图甲所示甲乙(2)中条形磁铁在a处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断a受到的安培力的方向如图乙所示(3)中由安培定则可判断出电流a处磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出a受到的安培力方向如图丙所示丙丁(4)中由安培定则可判断出电流a处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出a受到的安培力方向如图丁所示答案：如图所示安培力作用下的平衡问题学生用书p31如图所示，一段长为1 m、质量为2 kg的通电导体棒悬挂于天花板上现加一垂直纸面向里的匀强磁场，当通入i2 a电流时悬线的张力恰好为零求：(g取10 m/s2)(1)所加匀强磁场的磁感应强度b的大小；(2)如果电流方向不变，通入电流大小变为1 a时，悬线拉力又为多少？审题指导 解答本题的关键是判断安培力的大小和方向，然后根据fbil确定磁场的磁感应强度，根据力的平衡条件求悬线的拉力解析(1)导体棒受力如图所示由平衡条件得f安mg又因f安bil所以b t10 t.(2)因为磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，所以电流变为1 a后，磁感应强度仍为10 t导体棒受力如图所示，由平衡条件得fmgbil210 n1011 n10 n.答案(1)10 t(2)10 n解决此问题的思路是受力分析，利用力的平衡条件求解与原来求解平衡问题相比，物体多受了一个安培力，正确判断安培力的方向是关键 随堂检测 学生用书p311(多选)有关磁感应强度b的方向，下列说法正确的是()ab的方向就是小磁针n极所指的方向bb的方向与小磁针在任何情况下n极受力方向一致cb的方向就是通电导线的受力方向db的方向就是该处磁场的方向解析：选bd.磁场的方向就是磁感应强度的方向，规定为小磁针静止时n极所指方向也是任何情况下n极的受力方向，它与通电导线所受力的方向是不一致的，所以选b、d.2一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()解析：选d.电流与磁场平行放置时不受磁场力，选项a错误；电流与磁场垂直放置时，由左手定则知选项d正确，b、c错误3.先后在磁场中a、b两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中a、b两点导线所受的力f与通过导线的电流i的关系下列说法中正确的是()aa、b两点磁感应强度相等ba点的磁感应强度大于b点的磁感应强度ca点的磁感应强度小于b点的磁感应强度d无法比较磁感应强度的大小解析：选b.导线受到的磁场力fbilbli.对于题图给出的fi图线，直线的斜率kbl，由图可知kakb，又因a、b两处导线的长度l相同，故a点的磁感应强度大于b点的磁感应强度，选项b正确4某检验电流元长1 cm，并通以1 a的电流，把它垂直于磁场方向放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 n，则该点的磁感应强度的大小为()a10 tb5 tc2 t d2.5 t解析：选a.根据fbil，b t10 t.5一根长l0.2 m的直导线，通有i5 a的电流，放入磁感应强度b1 t的匀强磁场中问：(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线会不会受到安培力？(2)当导线方向与磁场方向垂直时，导线受到的安培力是不是最大？(3)导线受到的最大的安培力是多大？解析：(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线不受安培力作用(2)当导线方向与磁场方向垂直时，导线受到的安培力最大(3)fbil150.2 n1 n.答案：(1)不会(2)是(3)1 n课时作业 学生用书p87(单独成册)一、单项选择题1关于通电直导线所受安培力f，磁感应强度b和电流i三者方向之间的关系，下列说法正确的是()af、b、i三者必定均保持垂直bf必定垂直于b、i，但b不一定垂直于icb必定垂直于f、i，但f不一定垂直于idi必定垂直于f、b，但f不一定垂直于b解析：选b.由安培力的特点知b正确2磁感应强度单位是特斯拉，1特斯拉相当于()a1 kg/(as2) b 1 kgm/(as2)c1 kgm2/s2 d1 kgm2/(as2)解析：选a.由公式b知：1 t1 n/(am)，由fma知：1 n1 kgm/s2.所以a正确3有关磁感应强度的下列说法中，正确的是()a磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量b若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零c若有一小段长为l，通以电流为i的导体，在磁场中某处受到的磁场力为f，则该处磁感应强度的大小一定是d由定义式b可知，电流强度i越大，导线l越长，某点的磁感应强度就越小解析：选a.磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场的强弱，因此选项a是正确的；磁感应强度是与电流i和导线长度l无关的物理量，定义式成立的条件是b中的b、f、l相互垂直，所以选项b、c、d皆是错误的4如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线mn，电流i方向从m到n，绳子的拉力均为f.为使f0，可能达到要求的方法是()a加水平向右的磁场b加水平向左的磁场c加垂直纸面向里的磁场d加垂直纸面向外的磁场解析：选c.要使绳子的拉力变为零，加上磁场后，应使导线所受安培力等于导线的重力，导线所受安培力向上，由左手定则可判断，所加磁场方向应垂直纸面向里5摩擦产生静电，会给人们的生活带来许多麻烦，甚至对人的生命构成危害，一些高大的建筑物都装有避雷针就是为了阻止雷电的危害假设在赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为()a正南 b正东c正西 d正北解析：选b.带正电的乌云通过避雷针放电形成的电流方向向下，地磁场的方向由地理的南极指向地理的北极，由左手定则可知地磁场对避雷针的作用力方向为正东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()abmgtan /(il)，方向垂直斜面向下bbmgtan /(il)，方向垂直斜面向上cbmg/(il)，方向水平向左dbmgcos /(il)，方向水平向右解析：选c.如果磁场方向垂直斜面向下，则安培力方向沿斜面向上，受力分析如图当安培力等于重力沿斜面向下的分力时，导线平衡mgsin bil，bmgsin /(il)；当磁场垂直斜面向上时，安培力沿斜面向下，导线不可能静止；如果磁场水平向左，则安培力竖直向上，当f安mgbil时，即bmg/(il)时，导体静止；如果磁场水平向右，则安培力竖直向下，不可能静止所以，只有c正确7.如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央上方固定一根长直导线，导线与条形磁铁垂直当导线中通以垂直纸面向里的电流时，用fn表示磁铁对桌面的压力，ff表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前受力相比较()afn减小，ff0 bfn减小，ff0cfn增大，ff0 dfn增大，ff0解析：选c.如图所示，画出一条通电电流为i的导线所在处的磁感线，电流i处的磁场方向水平向左，由左手定则知，电流i受安培力方向竖直向上根据牛顿第三定律可知，电流对磁铁的反作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，而桌面对磁铁无摩擦力作用故选c.二、多项选择题8将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，下图能正确反映各量间关系的是()解析：选bc.由垂直放置， fbil，可知：fi，选项c正确，选项a错误b由磁场本身决定，与f、i无关，选项b正确9超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用这种排斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这种技术磁体悬浮的原理是()a超导体电流的磁场方向与磁体相同b超导体电流的磁场方向与磁体相反c超导体使磁体处于失重状态d超导体产生磁力与磁体重力平衡解析：选bd.超导体中的电流因产生磁场与磁体相互作用，当产生的磁场力与磁体重力平衡时，即悬浮，所以二者磁场方向应相反，故b、d项正确10已知质量为m的通电细杆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，如图甲所示图乙是它的四个侧视图的四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间摩擦力为零的图是()甲乙解析：选ab.由左手定则知a、b、c、d四个图中导线所受安培力方向分别为：水平向右、竖直向上、竖直向下、水平向左，所以a、b两图中摩擦力可能为零三、非选择题11.如图所