《2017-2018学年高中物理第三章磁场2磁场对通电导线的作用—安培力学案教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理第三章磁场2磁场对通电导线的作用—安培力学案教科版选修3-1（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、#2.磁场对通电导线的作用一一安培力知识脉络11血机SILI学习目标1. 知道安培力的定义及安培力大小的决定因素.2 会用F= ILB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.LI安培力的实验探究和公式* 、基础初探先填空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
2、方向由磁场方向和电流方向共同决定.3. 安培力的大小Z F= ILB.(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.再判断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.(X)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.(X)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 . ( V)后思考通电导体在磁场中所受安培力F的大小一定等于ILB吗？安培力F才等于【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,ILB.核
3、心突破合作探讨如3-2-1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？3-2-1【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.A .核心点击1 当电流方向与磁场方向垂直时，F= ILB.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，F= ILBsin 0 （ B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 = 0或0 = 180 ）时，安培力最小，等于零.4
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3-2-2所示），相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端.图 3-2-2O讲练冲关o典例一根长为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（）B. 0.2 ND. 0A. 0.4 NC. 0.1 N【解析】由安培力的公式 F= ILBsin 0可知，安培力的大小与I和B的夹角有关.当0 = 90 时，F最大，Fmax= ILB = 2X 0.2 X 0.5 N = 0.2 N .当 0 = 0 时，F最小，Fmin = 0,
5、故F的大小范围是OW Fw 0.2 N，故B C、D可能，A不可能.【答案】 A如图3-2-3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，贝U Mt所受安培力大小为()【导学号：96322061】图 3-2-3A. F= BidBidC. F=-：-sin 0B. F= Bids in 0D. F= Bid cos 0【解析】导线与B垂直,F= Bisin【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，F= IlB cos a，这时不能死记公式而错写成F= IlB
6、 sin a .要理解公式本质是有效长度或有效磁场，正确分解.B图中，B丄I，导线在纸平面内，故 F= IlB .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F= .2IIB.D图中，从b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F= 2IRB.E图中，F= 0.【答案】A： IlB cos a B: IlBC: , 2ilBD: 2IRB E: 0计算安培力大小应注意的问题(1) 应用公式F= IlB，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F=
7、IIB中的I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O基础初探。先填空1.安培力的方向玛上护一軒(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，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.电动机原理：利用磁场对通电线圈的安培力使线圈在磁场中旋转.作用：把电能转化为机械能.分类r直流电动机：由磁场、转动线圈、滑环、电刷 及电源组成，滑环在其中起了一个换向器 交流电动机：
8、如家用电风扇、洗衣机、抽油烟 机等都是交流电动机的作用I再判断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.(X)2.磁感应强度的方向与安培力的方向垂直.(V)3.电动机是把电能转化为机械能的装置.(V)后思考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】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.核曲突破合作探讨如图3-2-4所示，禾U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？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？【提示】(1)磁场方向竖直向下、电流
9、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.核心点击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、负判断左手定则讲练冲关0典例请画出如图【解析】画出甲、乙
10、、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.丙【答案】见解析如图3-2-6所示，磁场方向竖直向下， 长度为I的通电直导线ab处于磁场中，由水()【导学平位置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号：96322062】A.数值变大，方向不变C.数值不变，方向改变图 3-2-6B.数值变小，方向不变D.数值、方向均改变f【解析】安培力F= ILB，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
11、动机.如图3-2-7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 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，大小为是某音圈电机的L,匝数为n,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.(1) 求此时线圈所受安培力的大小和方向.图 3-2-7求安培力的功率.V,(2) 若此时线圈水平向右运动的速度大小为【解析】(1)由安培力表达式 F= BIL可知，线圈所受的安培力 F= nBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右. 由功率公式 P= Fv可知，安培力的功率 P=
12、 nBILv.【答案】(1)安培力的大小：nBIL方向：水平向右 安培力的功率：nBILv名师j左手定则应用的几个要点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.II学业分层测评（十六）（建议用时：45分钟）1如图3-2-8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
13、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】4321图 3-2-8A. 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
14、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】D通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是I的方向，以及3. 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【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】4.如图3-2-9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,受到通电螺线管磁场的作用力的方向是*33誉如去图
