2019-2020年高中物理 3.4《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 3.4《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》學(xué)案 新人教版選修3-1 【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】 1、本節(jié)通過控制變量的方法探究安培力的方向，得出左手定則，通過磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義得出安培力的計(jì)算公式，進(jìn)而拓展到磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用效果，使大家認(rèn)識(shí)磁電式電流表的工作原理。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)會(huì)用公式F=BIL解答有關(guān)問題、知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它解答有關(guān)問題，知道磁電式電流表的工作原理。 2、安培力的方向（左手定則）：當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，安培力、磁場(chǎng)、電流構(gòu)成如圖3-4-1的三維直角坐標(biāo)系．當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向不垂直時(shí)，安培力、磁場(chǎng)的垂直分量、電流構(gòu)成如圖所示的三維直角坐標(biāo)系．盡管磁場(chǎng)與電流方向可以不垂直，但安培力肯總是直于電流方向、同時(shí)也垂直于磁場(chǎng)方向，即垂直于_____方向和_______方向所構(gòu)成的平面． 3、安培力的大?。涸趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)線受到的安培力的計(jì)算公式為____________．非勻強(qiáng)磁場(chǎng)可以看成是很多個(gè)大小、方向不同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的組合，通電導(dǎo)線在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力． 4、磁電式電流表：在磁電式電流表中，極靴和鐵質(zhì)圓柱之間構(gòu)成一個(gè)特殊的磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)方向沿著____________________，電流通過電流表的矩形線圈時(shí)，線圈的兩條邊線始終與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，受到大恒定的安培力，安培力將促使線圈繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)螺旋彈簧被收緊，將產(chǎn)生一個(gè)______的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，當(dāng)兩種轉(zhuǎn)動(dòng)效果抵消時(shí)，指針會(huì)指在一個(gè)相應(yīng)的位置，從而指示出電流值。 電流表的靈敏度很高，是指通過很小的電流時(shí)，指針就可以偏轉(zhuǎn)較大的角度。在使用電流表時(shí)，允許通過的電流一般都很小，使用時(shí)應(yīng)該特別注意。 【范例精析】 例1、 試用電流的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力的原理，證明通有同向電流的導(dǎo)線相互吸引，通有異向電流的導(dǎo)線相互推斥力． 解析：如圖3-4-2所示，研究a對(duì)b的磁場(chǎng)力：（1）根據(jù)安培定則畫出電流a在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布圖；（2）根據(jù)左手定則可知通電導(dǎo)線b受到的磁場(chǎng)力是向左的；（3）根據(jù)牛頓第三定律，可知通電導(dǎo)線a受到的磁場(chǎng)力是向左的，即通有同向電流的平行導(dǎo)線相互吸引．同理可得通有異向電流的平行導(dǎo)線是相互推斥的． 拓展：兩根平行的通電導(dǎo)線之間有力的作用，這是實(shí)驗(yàn)所證明的結(jié)論，通電導(dǎo)線之間的作用力是通過磁場(chǎng)相互作用的．有些同學(xué)在研究?jī)筛鶎?dǎo)線之間的相互作用力時(shí)，同時(shí)畫出兩根導(dǎo)線在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)是沒有必要的，也是思路不清的表現(xiàn)，兩根導(dǎo)線之間的作用是通過各自的磁場(chǎng)對(duì)另一方作用的，不是兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用。 例2、如圖3-4-3所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒AB靜止在水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，已知電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，導(dǎo)體棒的電阻為R，其余接觸電阻不計(jì)，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)體棒斜向上與水平面的夾角為θ，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求軌道對(duì)導(dǎo)體棒的支持力和摩擦力． 解析：涉及安培力時(shí)的物體的平衡問題，通過對(duì)通電棒的受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力平衡方程求解．棒的受力分析圖如圖3-4-4所示 由閉合電路歐姆定律I=E/(R+r)…………① 由安培力公式 F=BIL…………② 由共點(diǎn)力平衡條件 Fsinθ=f…………③ N+Fcosθ=mg…………④ 整理得 f=EBLsinθ/(R+r)…………⑤ N=mg-EBLcosθ/(E+r)………………⑥ 拓展：本題是有關(guān)安培力的典型問題，必須作好受力分析圖，原題給出的是立體圖是很難進(jìn)行受力分析，應(yīng)畫出投影圖，養(yǎng)成良好的受力習(xí)慣是能力培養(yǎng)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)． 【能力訓(xùn)練】 1．關(guān)于安培力的說法中正確的是（C ） A.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受安培力的作用 B.安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與電流成正比，而與其他量無(wú)關(guān) C.安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和通電導(dǎo)線所構(gòu)成的平面 D.安培力的方向不一定垂直于通電直導(dǎo)線 2．下圖所示的四種情況，通電導(dǎo)體均置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中通電導(dǎo)線不受安培力的是（ C ） 3．如圖3-4-5所示，一根質(zhì)量為m的金屬棒AC用軟線懸掛在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通入A→C方向的電流時(shí)，懸線張力不為零，欲使懸線張力為零，可以采用的辦法是（AD ） A、不改變電流和磁場(chǎng)方向，適當(dāng)增大電流 B、只改變電流方向，并適當(dāng)減小電流 C、不改變磁場(chǎng)和電流方向，適當(dāng)減小磁感強(qiáng)度 D、同時(shí)改變磁場(chǎng)方向，并適當(dāng)增大磁感強(qiáng)度 4．一根長(zhǎng)直導(dǎo)線穿過載流金屬環(huán)中心且垂直與金屬環(huán)的平面，導(dǎo)線和環(huán)中的電流方向如圖3-4-6所示，那么金屬環(huán)受的力：（A ） A.等于零 B.沿著環(huán)半徑向外 C.向左 D.向右 5．如上左3圖所示，一位于xy平面內(nèi)的矩形通電線圈只能繞ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)時(shí)，線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？（B ） A.方向沿x軸的恒定磁場(chǎng) B.方向沿y軸的恒定磁場(chǎng) C.方向沿z軸的恒定磁場(chǎng) D.方向沿z軸的變化磁場(chǎng) 6．如圖3-4-7所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度B.天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L(zhǎng)，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面.當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m１、m２的砝碼，天平平衡.當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡.由此可知（B ） A、B方向垂直紙面向里，大小為(m１-m２)g/NI L B、B的方向垂直紙面向里，大小為mg/2NI L C、B的方向垂直紙面向外，大小為(m１-m２)g/NI L D、B的方向垂直紙面向外，大小為mg/2NI L 7．如圖3-4-8所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則（A ） A、磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用 B、磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用 C、磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用 　D、磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用 8．在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.3T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一根長(zhǎng)＝10cm的直導(dǎo)線，導(dǎo)線中通過I＝2A的電流.求以下情況，導(dǎo)線所受的安培力：(1)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直；(2)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角為30；(3)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向平行. 0.060N 0.030N 0 9．在兩個(gè)傾角均為的光滑斜面上，放有一個(gè)相同的金屬棒，分別通以電流I1和I2，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，方向如圖3-4-9中(a)、(b)所示，兩金屬棒均處于平衡狀態(tài)，則兩種情況下的電流強(qiáng)度的比值I1：I2為多少？ 　　１∶cosα　 10．如圖3-4-10所示，兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場(chǎng)力大小為F1．當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，a受到磁場(chǎng)力大小變?yōu)镕2，則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)椋ˋ ） A、F2 B、F1-F2 C、F1+F2 D、2F1-F2 11.如圖3-4-11所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線AB放在相互平行的金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，通過的電流為I，垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則AB所受的磁場(chǎng)力的大小為（C ） A．BIL B．BIdcosθ C．BId/sinθ D．BIdsinθ 12．應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的原理，可以制成靈敏的電流天平。用電流天平可以測(cè)出通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力大小，從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。 整個(gè)裝置如圖3-4-12甲所示，它的橫臂（圖3-4-12乙）能繞通過點(diǎn)和的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的左右兩側(cè)臂長(zhǎng)相等。在軸的一側(cè)，沿著橫臂的邊沿固定一條U形絕緣導(dǎo)線，這樣在天平的一端就有了一段短直線CD，它的長(zhǎng)度是L。天平的另一端可以懸砝碼或金屬絲等輕小物體。調(diào)整天平使它平衡，把有U形導(dǎo)線的一端放入待測(cè)的磁場(chǎng)中，如圖3-4-13所示，然后給U形導(dǎo)線通電，如果磁場(chǎng)方向和U形導(dǎo)*線中的電流方向如圖所示，CD段導(dǎo)線就受到一個(gè)向下的安培力，天平因而傾斜，在天平的另一端加上適當(dāng)?shù)捻来a，使天平恢復(fù)平衡，設(shè)待測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，U形導(dǎo)線中通過的電流強(qiáng)度為I，砝碼的質(zhì)量為m，試求出待測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 mg/IL