2019_2020版高中物理第三章磁場4通電導線在磁場中受到的力教案新人教版.docx

4通電導線在磁場中受到的力學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.知道安培力的概念，掌握安培力的公式.2.知道左手定則的內(nèi)容.3.了解磁電式電流表的構造及其工作原理科學思維：1.會用左手定則判定安培力的方向.2.會用安培力的公式FILBsin 進行有關計算一、安培力的方向1安培力：通電導線在磁場中受的力2左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向3.安培力方向與磁場方向、電流方向的關系：FB，F(xiàn)I，即F垂直于B與I所決定的平面二、安培力的大小1垂直于磁場B放置、長為L的通電導線，當通過的電流為I時，所受安培力為FILB.2當磁感應強度B的方向與導線方向成角時，公式FILBsin.三、磁電式電流表1原理：安培力與電流的關系通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越大根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測電流的方向2構造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴3特點：極靴與圓柱間的磁場沿半徑方向，線圈轉(zhuǎn)動時，安培力的大小不受磁場影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直線圈平面與磁場方向平行，如圖1所示圖14優(yōu)點：靈敏度高，可以測出很弱的電流缺點：線圈導線很細，允許通過的電流很弱1判斷下列說法的正誤(1)應用左手定則時，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向()(2)一通電導線放在磁場中某處不受安培力，該處的磁感應強度一定是零()(3)對于磁電式電流表，指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的()(4)對于磁電式電流表，通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大()2如圖2所示，已知導體棒中通有電流I，導體棒長度為L，磁場磁感應強度為B，當導體棒按下面幾種方式放置時，寫出導體棒所受安培力的大小，并寫出安培力的方向圖2答案(1)ILB垂直于導體棒斜向左下(2)ILB垂直紙面向外(3)ILB垂直于導體棒斜向右下(4)0一、安培力的方向按照如圖所示進行實驗(1)上下交換磁極的位置以改變磁場方向，導線受力的方向是否改變？(2)改變導線中電流的方向，導線受力的方向是否改變？仔細分析實驗結(jié)果，結(jié)合課本說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關系？答案(1)受力的方向改變；(2)受力的方向改變；安培力的方向與磁場方向、電流方向的關系滿足左手定則1安培力方向的特點安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場方向，即安培力的方向垂直于電流I和磁場B所決定的平面(1)當電流方向與磁場方向垂直時，安培力方向、磁場方向、電流方向兩兩垂直，應用左手定則時，磁感線垂直穿過掌心(2)當電流方向與磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流方向，也垂直于磁場方向應用左手定則時，磁感線斜著穿過掌心2平行通電直導線間的相互作用同向電流相互吸引，反向電流相互排斥例1畫出圖3中各磁場對通電導線的安培力的方向(與紙面垂直的力只需用文字說明)圖3答案如圖所示解析無論B、I是否垂直，安培力總是垂直于B與I所決定的平面，且滿足左手定則學科素養(yǎng)例1用左手定則來判斷安培力的方向，這是從物理學視角對客觀事物的內(nèi)在規(guī)律及相互關系進行分析，是對基于經(jīng)驗事實構建的理想模型的應用過程，體現(xiàn)了“科學思維”的學科素養(yǎng)二、安培力的大小(1)在如圖所示的探究安培力大小的有關因素的實驗中，把導線垂直放入磁場(磁感應強度為B)中，得出的安培力F與導線長度L、電流大小I有怎樣的關系？(2)當導線平行磁場方向放入時，它受到的安培力多大？(3)當導線和磁場方向的夾角為時，它受到的安培力多大？答案(1)FBIL(2)0(3)BILsin 解析(3)將磁感應強度B沿導線方向和垂直導線方向進行分解，如圖所示，則BBsin ，F(xiàn)BILBILsin .1公式FILBsin 中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度，不必考慮導線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響2公式FILBsin 中L指的是導線在磁場中的“有效長度”， 彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖4所示)；相應的電流沿L由始端流向末端圖43公式FILBsin 中是B和I方向的夾角：(1)當90時，即BI，sin 1，公式變?yōu)镕ILB.(2)當0時，即BI，F(xiàn)0.例2長度為L、通有電流為I的直導線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向分別如圖所示，已知磁感應強度為B，對于下列各圖中，導線所受安培力的大小計算正確的是()答案A解析A圖中，導線不和磁場垂直，將導線投影到垂直磁場方向上，故FBILcos ，A正確；B圖中，導線和磁場方向垂直，故FBIL，B錯誤；C圖中，導線和磁場方向垂直，故FBIL，C錯誤；D圖中，導線和磁場方向垂直，故FBIL，D錯誤例3如圖5所示，一根導線位于磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，其中ABBCCDDEl，且C120、BD150.現(xiàn)給這根導線通入由A至E的恒定電流I，則導線受到磁場作用的合力大小為()圖5A2BIl B(2)BIlC(2)BIl D4BIl答案C解析據(jù)題圖和幾何關系求得A、E兩點間的距離為：L等(2)l.據(jù)安培力公式得FBIL等(2)BIl，故A、B、D錯誤，C正確三、安培力的實際應用例4(2018北京市朝陽區(qū)高二上期末)一種可測量磁感應強度大小的實驗裝置，如圖6所示磁鐵放在水平放置的電子測力計上，兩極之間的磁場可視為水平勻強磁場其余區(qū)域磁場的影響可忽略不計此時電子測力計的示數(shù)為G1.將一直銅條AB水平且垂直于磁場方向靜置于磁場中兩端通過導線與電源、開關、滑動變阻器和電流表連成回路閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片當電流表示數(shù)為I時，電子測力計的示數(shù)為G2，測得銅條在勻強磁場中的長度為L.銅條始終未與磁鐵接觸，對上述實驗下列說法正確的是()圖6A銅條所受安培力方向豎直向下B銅條所在處磁場的磁感應強度大小為C銅條所在處磁場的磁感應強度大小為D銅條所在處磁場的磁感應強度大小為答案C解析由左手定則可知，銅條所受安培力方向豎直向上，選項A錯誤；由牛頓第三定律可知，導體棒對磁鐵有向下的作用力，使得電子測力計的示數(shù)增加，由平衡知識可知：G2G1BIL，解得B，選項C正確，B、D錯誤.1(安培力的方向)下列圖中分別標出了一根放置在勻強磁場中的通電直導線的電流I、磁場的磁感應強度B和所受安培力F的方向，其中圖示正確的是()答案C解析A圖中電流與磁場方向平行，沒有安培力，故A錯誤；B圖中安培力的方向是垂直導線向下的，故B錯誤；C圖中安培力的方向是垂直導線向上的，故C正確；D圖中電流方向與磁場方向平行，不受安培力作用，故D錯誤2(安培力的大小)如圖7所示，在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導線，電流為I，磁感應強度為B，則各導線所受到的安培力分別為：圖7FA，F(xiàn)B，F(xiàn)C，F(xiàn)D.答案BILcos BILBIR03.(安培力的大小)如圖8所示，某區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B.一正方形剛性線圈，邊長為L，匝數(shù)為n，線圈平面與磁場方向垂直，線圈一半在磁場內(nèi)某時刻，線圈中通過大小為I的電流，則此線圈所受安培力的大小為()圖8A.BIL B.nBIL CnBIL D.nBIL答案D4(磁電式電流表)(多選)實驗室經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表這種電流表的構造如圖9甲所示蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的當線圈通以如圖乙所示的恒定電流(b端電流流向垂直紙面向內(nèi))，下列說法正確的是()圖9A當線圈在如圖乙所示的位置時，b端受到的安培力方向向上B線圈轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉(zhuǎn)動C線圈通過的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)角度越小D電流表表盤刻度均勻答案BD解析由左手定則可判定：當線圈在如題圖乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故A錯誤；當通電后，處于磁場中的線圈受到安培力作用，使其轉(zhuǎn)動，螺旋彈簧被扭動，則線圈受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動，故B正確；線圈中通過的電流越大，線圈受到的安培力越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度越大，C錯誤；在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈平面始終與磁感線平行，且磁感應強度大小相等，故各處安培力大小相同，表盤刻度均勻，D正確一、選擇題考點一安培力的方向1在如圖所示的勻強磁場中，已經(jīng)標出了電流I和磁場B以及磁場對電流作用力F三者的方向，其中錯誤的是()答案C解析根據(jù)左手定則可知A、B、D正確；C圖中電流和磁場方向平行，不受安培力，故C錯誤本題選錯誤的，故選C.2.如圖1所示，在xOy平面中有一通電直導線與Ox、Oy軸相交，導線中電流方向如圖所示該區(qū)域有勻強磁場，通電直導線所受磁場力的方向與Oz軸的正方向相同該磁場的磁感應強度的方向可能是()圖1A沿z軸正方向B沿z軸負方向C沿x軸正方向D沿y軸負方向答案D解析由電流方向、受力方向，根據(jù)左手定則可以判斷出，磁感應強度的方向沿y軸的負方向，或者沿x軸的負方向都是可能的，故D正確3.如圖2所示，把一根通電的硬直導線ab用絕緣輕繩懸掛在通電螺線管正上方，直導線中的電流方向由a向b.閉合開關S，導線a端所受安培力的方向是()圖2A向上B向下C垂直紙面向外D垂直紙面向里答案D解析根據(jù)安培定則可知，開關閉合后，螺線管產(chǎn)生的磁場N極在右側(cè)根據(jù)左手定則可知，a端受力應垂直紙面向里，選項D正確4.(2018大連市高二上期末)2017年1月25日，在中央電視臺CCTV10頻道播出的節(jié)目中，海軍電力工程專家馬偉明院士表示，正在研制設計中的國產(chǎn)003型航母采用電磁彈射已成定局電磁彈射就是采用電磁的能量來推動被彈射的物體向外運動，電磁炮就是利用電磁彈射工作的電磁炮的原理如圖3所示，則炮彈導體滑塊受到的安培力的方向是()圖3A豎直向上 B豎直向下C水平向左 D水平向右答案C解析由左手定則可知，炮彈導體滑塊受到的安培力的方向是水平向左，故選C.5(多選)(2017全國卷)如圖4，三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反下列說法正確的是()圖4AL1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直BL3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為11DL1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1答案BC解析因三根導線中電流相等、兩兩等距，則由對稱性可知兩兩之間的作用力大小均相等因平行電流間同向吸引、反向排斥，各導線受力如圖所示，由圖中幾何關系可知，L1所受磁場作用力F1的方向與L2、L3所在平面平行，L3所受磁場作用力F3的方向與L1、L2所在平面垂直，A錯誤，B正確設單位長度的導線兩兩之間作用力的大小為F，則由幾何關系可得L1、L2單位長度所受的磁場作用力大小為2Fcos 60F，L3單位長度所受的磁場作用力大小為2Fcos 30F，故C正確，D錯誤考點二安培力的大小6.如圖5所示，水平導軌接有電源，導軌上固定有三根導體棒a、b、c，c為直徑與b等長的半圓，長度關系為c最長，b最短，將裝置置于豎直向下的勻強磁場中，在接通電源后，三導體棒中有等大的電流通過，則三導體棒受到的安培力大小關系為()圖5AFaFbFc BFaFbFcCFbFaFc DFaFbFc答案D解析設a、b兩棒的長度分別為La和Lb，c的直徑為d.由于導體棒都與勻強磁場垂直，則a、b、c三棒所受的安培力大小分別為：FaBILa；FbBILbBId；c棒所受的安培力與長度為d的直導體棒所受的安培力大小相等，則有：FcBId；因為Lad，則有：FaFbFc.7如圖6所示，用天平測量勻強磁場的磁感應強度下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是()圖6答案A解析四個線圈在磁場中的等效長度不同，A線圈等效長度最大，根據(jù)FNBIl，A所受磁場力最大，當磁場發(fā)生微小變化時，A線圈對應的天平最容易失去平衡8(2018上饒市高二上期末)如圖7所示，一個邊長為L、三邊電阻相同的正三角形金屬框放置在磁感應強度為B的勻強磁場中，若通以圖示方向的電流(從A點流入，從C點流出)，電流強度為I，則金屬框受到的磁場力為()圖7A0 B. CBIL D2BIL答案C9(2018鹽城市阜寧縣高二上期中)如圖8所示，abcd為四邊形閉合線框，a、b、c三點坐標分別為(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整個空間處于沿y軸正方向的勻強磁場中，通入電流I，方向如圖所示，關于四邊形的四條邊所受到的安培力的大小，下列敘述中正確的是()圖8Aab邊與bc邊受到的安培力大小相等Bcd邊受到的安培力最大Ccd邊與ad邊受到的安培力大小相等Dad邊不受安培力作用答案B解析因為ab邊垂直于磁場，所以其受到的安培力FabBLabI，而bc邊平行于磁場，所以其受到的安培力為零，故A錯誤；cd邊垂直于磁場，且長度最長，所以其受到的安培力最大，故B正確；ad邊與cd邊雖然長度相等，但ad邊與磁場不垂直，cd邊與磁場垂直，所以受到的安培力大小不相等，故C錯誤；ad邊受到安培力作用，故D錯誤考點三安培力的實際應用10(多選)如圖9甲所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音俯視圖乙表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面平行于紙面)，磁場方向如圖中箭頭所示，在圖乙中()圖9A當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里B當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外C當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里D當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外答案BC解析將線圈看作由無數(shù)小段直導線組成，由左手定則可以判斷，當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外，選項B正確，A錯誤；當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里，選項C正確，D錯誤11如圖10甲是磁電式電流表的結(jié)構示意圖，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，如圖乙所示，邊長為L的正方形線圈中通以電流I，線圈中的某一條a導線電流方向垂直紙面向外，b導線電流方向垂直紙面向里，a、b兩條導線所在處的磁感應強度大小均為B，則()圖10A該磁場是勻強磁場B該線圈的磁通量為BL2Ca導線受到的安培力方向向下Db導線受到的安培力大小為BIL答案D解析勻強磁場應該是一系列平行的磁感線，方向相同，該磁場明顯不是勻強磁場，故A錯誤；線圈與磁感線平行，故磁通量為零，故B錯誤；a導線電流向外