《2017-2018学年高中物理教科版选修3-1教学案：第三章 第2节 磁场对通电导线的作用——安培力 Word版含答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理教科版选修3-1教学案：第三章 第2节 磁场对通电导线的作用——安培力 Word版含答案（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第2节磁场对通电导线的作用安培力1磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由左手定则判定。2当通电导线与磁场方向平行时，导线不受安培力；当通电导线与磁场方向垂直时，导线受安培力作用，其大小为FILB。3电动机是通过安培力做功，将电能转化成机械能的装置。4两条相互靠近的平行电流：同向时相互吸引，异向时相互排斥。一、安培力1探究磁场对通电导线的作用(1)实验原理：将通电导线置于磁场中，它将受到力的作用。取一蹄形磁铁，认为它的两极间的磁场均匀，将一通电线框置于蹄形磁铁的两极间：电流的大小可以由滑动变阻器调节。通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁数目改变。安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出
2、。(2)实验装置：如图321所示。图321(3)实验器材：铁架台，蹄形磁体(2个)，线框，弹簧测力计，电流表，电源、滑动变阻器，开关，导线若干。(4)实验过程按如图321所示装置安装、连接实验器材，并使线框下端与磁场方向垂直。在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F0。接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1，记录弹簧测力计的读数F1。继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，In，观察并记录弹簧测力计相应的读数F2，F3，Fn。分别计算出F1F0，F2F0，F3F0，FnF0，并填入表格中。Ii/AFiF0/N列出Ii与FiF0(i1,2,3，n)的对应关系。紧挨着蹄形磁体再并排放上
3、一个相同的蹄形磁体(相同的极性在同一侧)。仍保持线框的竖直边在磁场区外，重复过程。(5)实验结论当通电导线与磁场方向平行时，导线不受力。当通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线有力的作用，力的大小与导线中的电流、导线长度和磁场强弱有关。精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比，比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关。2安培力的大小和方向(1)定义：磁场对通电导线的作用力。(2)公式：FILB。式中比例系数B称为磁感应强度，单位为特(T)，下节将进一步介绍。(3)安培力方向的判定左手定则内容：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都
4、跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向，如图322所示。图322二、电动机安培力的重要应用1直流电动机的工作原理 (1)直流电动机的构造如图323所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场(磁体)、转动线圈、滑环(两个半圆环A和B)、电刷及电源组成。图323(2)工作原理当电流由半圆环A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出。因此，滑环在其中起了一个换向器的作用。当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来。2电动机的分类(1)直流电动机。(2)交流电动机。1自主思考判一判(1)通电导线在磁场中一定受安培力。(
5、)(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定为零。()(3)应用左手定则时，让磁感线穿过手心，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向。()(4)安培力的方向与I平行。()(5)电动机转动方向与电流方向无关。()2合作探究议一议(1)安培力的方向与磁场方向、电流方向有什么关系？提示：由左手定则知，安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。(2)安培力方向垂直于导线而且垂直于磁场方向，那么电流也一定与磁场垂直吗？提示：根据左手定则，通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线、垂直于磁场方向，但由于导线可以沿任何方向放入磁场中
6、，所以电流不一定与磁场方向垂直。(3)通电导线如果在磁场中不受安培力作用，能否说明该处磁场为零？磁场越强，放入磁场中的通电导线所受安培力一定越大吗？提示：不能。因为当磁场方向与电流方向平行时，安培力为0，但磁场不为0。不一定。磁场方向与电流方向平行时，安培力为0。安培力的大小和方向1安培力方向的特点不论磁场方向和电流方向是否垂直，安培力的方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，即安培力总垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面。2安培定则(右手螺旋定则)与左手定则比较安培定则(右手螺旋定则)左手定则作用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁
7、场中应用方法拇指指向电流的方向四指弯曲的方向表示电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向结果四指弯曲的方向表示磁感线的方向拇指指向轴线上磁感线的方向拇指指向电流受到的磁场力的方向3两平行通电直导线的相互作用同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。分析：设两导线中都通以向上的同向电流，如图324所示。根据安培定则，导线a中的电流产生的磁场在其右侧都垂直纸面向里。这个磁场对通电导线b的作用力Fab的方向由左手定则可知，在纸面内向左。图324图325同理，导线b中的电流产生的磁场在其左侧都垂直纸面向外，它对导线a的作用力Fba的方向在纸面内向右。结果，两导线互相吸引，如图324所示。若导线b中
8、的电流反向(即两导线中通以反向电流)，同理分析可得两导线互相排斥，如图325所示。4对安培力的几点说明(1)FILB适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图326所示。图326(2)同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。(3)在非匀强磁场中，只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算。(4)当电流同时受到几个安培力时，则电流所受
9、的安培力为这几个安培力的矢量和。1在下列选项的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是()解析：选C根据左手定则可知：A、B、D三图中电流、磁场、安培力方向均和左手定则中要求方向一致，故正确；C图中电流和磁场方向一致，不受安培力，故C错误。2.如图327所示，通电导线MN中的电流保持不变，当它在纸面内从a位置绕其一端M转至b位置时，通电导线所受安培力的大小变化情况是()图327A变小B不变C变大 D不能确定解析：选B由于它在纸面内从a位置绕其一端M转至b位置时，导体垂直磁场方向的有效长度不变，而磁感应强度和电流大小也不变，根据公式FBIL可得两种情况下
10、导线受到的安培力恒定不变，B正确。3在如图328所示的电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM与NN之间的安培力的大小分别为fa、fb，可判断这两段导线()图328A相互吸引，fafb B相互排斥，fafbC相互吸引，fafb D相互排斥，fafb解析：选D当S接a时，电路的电源只用了一节干电池，当S接b时，电路的电源用了两节干电池，此时电路中的电流比S接a时大，所以有fafb；两导线MM、NN中的电流方向相反，依据安培定则和左手定则可知两者相互排斥。故正确选项为D。安培力作用下导体的运动问题 典例一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆
11、心重合，如图329所示。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将()图329A不动B顺时针转动C逆时针转动D向纸面内平动解析方法一(电流元法)把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。方法二(等效法)把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向
12、上，而L1等效成小磁针后转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。方法三(结论法)环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。答案B判断安培力作用下导体运动方向的五种常用方法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从
13、而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向1.如图3210所示，带负电的金属环绕其轴OO匀速转动时，放在环顶部的小磁针最后将()图3210AN极竖直向上BN极竖直向下CN极水平向左D小磁针在水平面内转动解析：选C带负电金属环，如题图所示的旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反。再由右手螺旋定则可知电流
14、产生的磁极的方向是：右端是N极，左端是S极；小磁针所在处的磁场的方向与OO轴的磁场的方向是相反的，所以小磁针处的磁极的方向：左端N极，右端S极。因此小磁针N极水平向左。故C正确，A、B、D错误。2.用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图3211所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有()图3211A两导线环相互吸引B两导线环相互排斥C两导线环无相互作用力D两导线环先吸引后排斥解析：选A通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故A正确。3.如图3212所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间()图3212AA端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变BA端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变CA端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小DA端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大解析：选D当开关K接通
