2017年高中物理第6章磁场对电流和运动电荷的作用第1讲探究磁场对电流的作用学案鲁科版选修

1、第 1 讲 探究磁场对电流的作用目标定位1.知道安培力的定义，理解并熟练应用安培力的计算公式F=ILBsin02 掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向 3 知道电流表的基本构造和基本原理 4 通过 观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用.产预产预习导学习导学全桧理识记点拨_、安培力2.安培力的大小：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B电流I和导线长度L的乘积，即F=ILB，安培力的单位为N.3.安培力的方向左手定则：如图 1 所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内.让磁4四指指向电流的方向， 那么，拇指所指

2、的方向就是通电直导线在磁场中二、安培力就在你身边1.电动机 (1)电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置.电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机还可分为单相交流电动机和三相交流电动机.原理：如图 2 所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受 到的安培力方向向上，在安培力作用下线框转动起来.1.物理学将磁场对电流的作用力称为安培力.感线垂直穿过手心，所受安培力的方向.图 122.电流计(1)构造：如图 3 所示.(2)电流计最基本的组成部分是磁A 和放在磁铁两极之间的缠绕着线圈并可转动的铝框B,如图所示，铝框的转轴上装有指针C和游丝D.原理：当

3、被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，从而使游丝扭转形变，阻碍 线圈的转动两种作用平衡时，指针便停留在某一刻度电流越大，指针的偏转越大，所 通过指针的偏转角度便可知道电流的大小戸课戸课堂讲义堂讲义叠理解深化探究_、安培力的方 向Jr、J安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直 于磁场和电流所决定的平面.1.图 332.当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心.特别提醒F丄I,F丄B,但B与I不一定垂直. 【例 1】画出图中各磁场对通电导线的安培

4、力的方向.4答案如图所示解析 无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则.二、安培力的大小1 对安培力F=ILBsin0的理解安培力大小的计算公式F=ILBsin0,0为磁感应强度方向与导线方向的夹角.（1）当0= 90,即卩B与I垂直时，F=ILB.当0= 0,即卩B与I平行时，F= 0.2.当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度 L,等于连接两端点直线的长度（如图 4 所示）; 相应的电流沿L由始端流向末端.【例 2 长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中， 电流方向与磁场方向如图所示, 已知磁感应强度为 B,对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的

5、是（）DEF5三、安培力作用下的物体平衡【例 4 如图 6 所示，在与水平方向夹角0为 60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1m的平行导轨上放一质量为m= 0.3kg 的金属棒ab,通以从ba,I= 3A 的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止.求：（1）匀强磁场磁感应强度的大小；（2）ab棒对导轨压力2的大小.（g= 10m/s ）答案解析正确,A 图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故F=ILBcos0, AC 图中导线和磁场方向垂直，故B 图中，导线和磁场方向垂直，故F=ILB, B 错误;F=ILB, C 错误；D 图中导线和磁场方向垂直，故F=ILB,D错误.

6、例 3 如图 5 所示，一段导线abed位于磁感应强度大小为（垂直于纸面向里）垂直.线段ab、be和cd的长度均为L,B的匀强磁场中，且与磁场方向且/abc=Zbcd= 135 .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（A. 方向沿纸面向上, 大小为B. 方向沿纸面向上, 大小为（2+1）ILB（21）ILBC. 方向沿纸面向下,D. 方向沿纸面向下, 大小为1）ILB（,：2 - 1）ILB答案 A / “ Alf解析导线段abcd的有效长度为线段ad,由几何知识知大小F=ILadB= （- 2+ 1）ILB，导线有效长度的电流方向为ad,据左手定则

7、可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A 项正确.Lad= （、2+1）L,故线段abed所受磁场力的合力X X X XK XXB.F-lLBcm 6大小为6答案(1)1.73T(2)6N解析此类问题是关于安培力的综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多件求解此问题.金属棒ab中电流方向由a,它所受安培力水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力, 对导轨的压力.(1)受力分析如图所示，ab棒静止，沿斜面方向受力平衡，则mn0=ILBcos0.mgan600.3x10X3B= V-=3xT= E借题发挥 有些同学在处理此类问题时常常感到比

8、较困难，原因是空间观念不强， 对磁场方向、电流方向、安培力方向的关系分辨不清，这时可由立体图画出正视图、侧视图或俯视图，则三者之间的关系就一目了然了例如本题画出侧视图，不但磁感应强度、 电流、安培力三者方向关系确定了，安培力、重力、支持力的关系也清楚了.针对训练 如图 7 所示，用两根轻细金属丝将质量为m长为I的金属棒ab悬挂在c、d两 处，置于匀强磁场内当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向0角而处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上， 所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为()考虑一个安培力而已. 画出导体棒的受力分析图,般先画出侧视图，再利用共点力平衡条从而求出磁感应强度B，再

9、求出ab设导轨对ab棒的支持力为N由牛顿第三定律得,ab棒对导轨的压力大小为:N=N=N Ncos60mg 0.3X10N= 6N.7A. jan0，竖直向上B. jan0，竖直向下8对点练习对点练习安培力的方向1 如图 8 所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断磁场方向.图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向.mgC.iisin0 ,平行悬线向下D.ipsin0，平答案 D解析要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值.由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变， 由画出的力的三角形可知， 安培力的最小值为Fmin=min0 ,即IlBmin=

10、mgsin0 ,得Bmin= ip%in0，方向应平行于悬线向上.故选D.答案 A 图磁场方向垂直纸面向外;垂直于纸面向里.B 图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D 图电流方向均安培力的大小2.如图 9 所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线,电流为I,磁感应强度为B求各导线所受的安培力的大小.答案 A.ILBcosaB.ILBC. 2ILBD. 2IRBE. 0图 8A图 99安培力作用下的物体平衡3.如图 10 所示，光滑导轨与水平面成a角，导轨宽L.有大小为B的匀强磁场，方向垂直10导轨面，金属杆长为L,质量为m水平放在导轨上当回路中通过电流时，金属杆正好能静止.求：电流的大小为多大？

11、磁感应强度的方向如何?解析 在解这类题时必须画出截面图， 只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向， 从而 弄清各矢量方向间的关系. 因为B垂直轨道面，又金属杆处于静止状态， 所以F必沿斜面向1.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是（）答案 C 2.如图 1 所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成.当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度.下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是（）答案mgsinaBL方向垂直导轨面向上ILB=mgsina ,ImgsinaBL上，由左手定则知,B垂直轨道面向上.大小满足题组一安培力的方向11答案 B解

12、析 要使炮弹加速，安培力应向右，由左手定则可知：磁场方向应垂直纸面向外.3.通电矩形导线框abed与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图2 所示，abjr边与皿艸行.关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是（答案 BC解析 通电矩形导线框abed在无限长直通电导线形成的磁场中，受到磁场力的作用，对于 / *，所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad边、be边受磁场力（安培力）大小相同，方向相反，即ad边和be边受合力为零.而对于ab和ed两条边，由于在磁场中，离长直导线的位置不同，ab边近而且由左手定则判断受力向左，ed边远而且由左手定则判断受力向右，所以ab边、ed边受合力方向

13、向左，故 B C 选项正确.4.如图 3 所示，三根通电长直导线P、Q R互相平行且通过正三角形的三个顶点，三条导kI线中通入的电流大小相等，方向垂直纸面向里；通过直导线产生磁场的磁感应强度B=f,I为通电导线的电流大小，r为距通电导线的垂直距离，k为常量；则通电导线R受到的磁场力的方向是（）A.B.C.D.线框有两条边所受的安培力方向相同/线框有两条边所受的安培力大小相同ad边和be图 1、炮弹12HA.垂直R指向y轴负方向B.垂直R指向y轴正方向C.垂直R指向x轴正方向D.垂直R指向x轴负方向 答案 A 5图 4 所示装置可演示磁场对通电导线的作用、电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条

14、平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆.当电磁铁线圈两端a b，导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动.下列说法正确的是（）图 4A.若a接正极，b接负极，e接正极，1 f接负极,则L向右滑动B.若a接正极，b接负极，e接负极，1f接正极，则L向右滑动C.若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极， 则L向左滑动D.若a接负极，b接正极，e接负极，1f接正极，则L向左滑动答案 BD解析 若a接正极，b接负极，则根据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向左运动，A 错；若a接正极，b接负极，则根据安培定

15、则可知线圈之间产生向上的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向右运动，B 正确；若a接负极，b接正极，则根据安培定 则可知线圈之间产生向下的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向右运动，C 错；若a接负极，b接正极，则根据安培定则可知线圈之间产生向 下的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向左运动，D正确.题组二安培力的大小6.如图 5 所示，四边形的通电闭合线框abed处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力（）13答案 D&如图 7 所示，磁场方向竖直向下， 通电直导线ab由水平位置

16、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（）A.答案 B解析 安培力F=IIB，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BI所构成的平面，所以安培力的方向不变，B 对，故选 B.A.竖直向上B. 方向垂直于ad斜向上C. 方向垂直于be斜向上D. 为零7如图 6 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（A. F=IdBIdBCF=D.F=IdBeos答案 C解析题中磁场和电流垂直，0角仅是导线框与金属杆MN间夹角,不是电流与磁场的夹角.B. 数值变小，方向不变C. 数值不变

17、，方向改变D. 数值，方向均改变图 5)B.F=IdBsin03数值变大，方向不变14题组三电动机和电流计9有关电动机的换向器的作用，以下说法正确的是（）A. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向B. 当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向C. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线的方向D. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变线圈转动方向答案 B10.为了改变电动机的转动方向，下述可采取的措施正确的是（）A. 改变电源电压的大小B. 改变通过线圈的电流的大小C. 改变通过线圈的电流的方向D. 对调 N S 两磁极的位置，同时对调电源的正、负极答案 C题组四 安培力作用下的导体棒的

18、平衡11.如图 8 所示，长L、质量为m的金属杆ab,被两根竖直的金属弹簧静止吊起，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，每根金属弹簧的拉力大小为T.当金属杆通有方向a的电流I时，每根金属弹簧的拉力大小为 2T.则磁场的磁感应强度B的大小为_ .#打打打打打和“打“和小X X X X X X X X X X答案右解析 金属杆ab受重力、磁场力、弹簧的拉力而平衡.当金属杆ab中的电流方向由a到b时，磁场力向上.2T+IlB=mgD当金属杆ab中的电流由b到a时，磁场力向下.4T=IlB+m（解方程组得B=T12.两个倾角均15为a的光滑斜面上，各放有一根相同的金属棒，分别通有电流Ii和丨2,磁场的磁感应强度大小相