2017屆高中物理第6章磁吃電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用第1講探究磁吃電流的作用學(xué)案魯科版選修.docx

第1講探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用目標(biāo)定位1.知道安培力的定義，理解并熟練應(yīng)用安培力的計(jì)算公式FILBsin.2.掌握左手定則，會(huì)用左手定則判斷安培力的方向.3.知道電流表的基本構(gòu)造和基本原理.4.通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)控制變量法在科學(xué)研究中的作用一、安培力1物理學(xué)將磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱(chēng)為安培力2安培力的大小：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電直導(dǎo)線(xiàn)與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，通電直導(dǎo)線(xiàn)所受的安培力F最大，等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L的乘積，即FILB，安培力的單位為N.3安培力的方向左手定則：如圖1所示，伸開(kāi)左手，讓拇指與其余四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)讓磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，四指指向電流的方向，那么，拇指所指的方向就是通電直導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中所受安培力的方向圖1二、安培力就在你身邊1電動(dòng)機(jī)(1)電動(dòng)機(jī)是利用安培力使通電線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要裝置電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)還可分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)(2)原理：如圖2所示，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，右邊線(xiàn)框受到的安培力方向向下，左邊線(xiàn)框受到的安培力方向向上，在安培力作用下線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)圖22電流計(jì)(1)構(gòu)造：如圖3所示.圖3(2)電流計(jì)最基本的組成部分是磁鐵A和放在磁鐵兩極之間的纏繞著線(xiàn)圈并可轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框B，如圖所示，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有指針C和游絲D.(3)原理：當(dāng)被測(cè)電流通入線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使游絲扭轉(zhuǎn)形變，阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)兩種作用平衡時(shí)，指針便停留在某一刻度電流越大，指針的偏轉(zhuǎn)越大，所以通過(guò)指針的偏轉(zhuǎn)角度便可知道電流的大小.一、安培力的方向1安培力的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說(shuō)安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面2當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線(xiàn)不再垂直穿過(guò)手心，而是斜穿過(guò)手心特別提醒FI，F(xiàn)B，但B與I不一定垂直例1畫(huà)出圖中各磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)的安培力的方向答案如圖所示解析無(wú)論B、I是否垂直，安培力總是垂直于B與I決定的平面，且滿(mǎn)足左手定則二、安培力的大小1對(duì)安培力FILBsin的理解安培力大小的計(jì)算公式FILBsin，為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)線(xiàn)方向的夾角(1)當(dāng)90，即B與I垂直時(shí)，F(xiàn)ILB.(2)當(dāng)0，即B與I平行時(shí)，F(xiàn)0.2當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)與磁場(chǎng)垂直時(shí)，彎曲導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直線(xiàn)的長(zhǎng)度(如圖4所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端圖4例2長(zhǎng)度為L(zhǎng)、通有電流為I的直導(dǎo)線(xiàn)放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的大小計(jì)算正確的是()答案A解析A圖中，導(dǎo)線(xiàn)不和磁場(chǎng)垂直，故將導(dǎo)線(xiàn)投影到垂直磁場(chǎng)方向上，故FILBcos，A正確，B圖中，導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向垂直，故FILB，B錯(cuò)誤；C圖中導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向垂直，故FILB，C錯(cuò)誤；D圖中導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向垂直，故FILB，D錯(cuò)誤例3如圖5所示，一段導(dǎo)線(xiàn)abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直線(xiàn)段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線(xiàn)段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力()圖5A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILBC方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILB答案A解析導(dǎo)線(xiàn)段abcd的有效長(zhǎng)度為線(xiàn)段ad，由幾何知識(shí)知Lad(1)L，故線(xiàn)段abcd所受磁場(chǎng)力的合力大小FILadB(1)ILB，導(dǎo)線(xiàn)有效長(zhǎng)度的電流方向?yàn)閍d，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線(xiàn)所受合力方向豎直向上，故A項(xiàng)正確三、安培力作用下的物體平衡例4如圖6所示，在與水平方向夾角為60的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m0.3kg的金屬棒ab，通以從ba，I3A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌壓力的大小(g10m/s2)圖6答案(1)1.73T(2)6N解析此類(lèi)問(wèn)題是關(guān)于安培力的綜合問(wèn)題，處理此問(wèn)題仍需沿用力學(xué)思路和方法，只不過(guò)多考慮一個(gè)安培力而已畫(huà)出導(dǎo)體棒的受力分析圖，一般先畫(huà)出側(cè)視圖，再利用共點(diǎn)力平衡條件求解此問(wèn)題金屬棒ab中電流方向由ba，它所受安培力水平向右，它還受豎直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力，三力合力為零，由此可以求出安培力，從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B，再求出ab對(duì)導(dǎo)軌的壓力(1)受力分析如圖所示，ab棒靜止，沿斜面方向受力平衡，則mgsinILBcos.BT1.73T.(2)設(shè)導(dǎo)軌對(duì)ab棒的支持力為N，由牛頓第三定律得，ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力大小為：NNN6N.借題發(fā)揮有些同學(xué)在處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)常常感到比較困難，原因是空間觀念不強(qiáng)，對(duì)磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向的關(guān)系分辨不清，這時(shí)可由立體圖畫(huà)出正視圖、側(cè)視圖或俯視圖，則三者之間的關(guān)系就一目了然了例如本題畫(huà)出側(cè)視圖，不但磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流、安培力三者方向關(guān)系確定了，安培力、重力、支持力的關(guān)系也清楚了針對(duì)訓(xùn)練如圖7所示，用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線(xiàn)偏離豎直方向角而處于平衡狀態(tài)為了使棒平衡在該位置上，所需的磁場(chǎng)的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向?yàn)?)圖7A.tan，豎直向上B.tan，豎直向下C.sin，平行懸線(xiàn)向下D.sin，平行懸線(xiàn)向上答案D解析要求所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，應(yīng)使棒平衡時(shí)所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，懸線(xiàn)拉力的方向不變，由畫(huà)出的力的三角形可知，安培力的最小值為Fminmgsin，即IlBminmgsin，得Bminsin，方向應(yīng)平行于懸線(xiàn)向上故選D.安培力的方向1如圖8所示，其中A、B圖已知電流方向及其所受磁場(chǎng)力的方向，試判斷磁場(chǎng)方向C、D圖已知磁場(chǎng)方向及其對(duì)電流作用力的方向，試判斷電流方向圖8答案A圖磁場(chǎng)方向垂直紙面向外；B圖磁場(chǎng)方向在紙面內(nèi)垂直F向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向里安培力的大小2如圖9所示在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有下列各種形狀的通電導(dǎo)線(xiàn)，電流為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線(xiàn)所受的安培力的大小圖9答案AILBcosBILBC.ILBD2IRBE0安培力作用下的物體平衡3如圖10所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬L.有大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直導(dǎo)軌面，金屬桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上當(dāng)回路中通過(guò)電流時(shí)，金屬桿正好能靜止求：電流的大小為多大？磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如何？圖10答案方向垂直導(dǎo)軌面向上解析在解這類(lèi)題時(shí)必須畫(huà)出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準(zhǔn)確方向，從而弄清各矢量方向間的關(guān)系因?yàn)锽垂直軌道面，又金屬桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以F必沿斜面向上，由左手定則知，B垂直軌道面向上大小滿(mǎn)足ILBmgsin，I.題組一安培力的方向1下面的四個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線(xiàn)的作用力，其中正確的是()答案C2如圖1所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成當(dāng)電源接通后，磁場(chǎng)對(duì)流過(guò)炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度下列各俯視圖中正確表示磁場(chǎng)B方向的是()圖1答案B解析要使炮彈加速，安培力應(yīng)向右，由左手定則可知：磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向外3通電矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd與無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線(xiàn)MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖2所示，ab邊與MN平行關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線(xiàn)框的作用，下列敘述正確的是()圖2A線(xiàn)框有兩條邊所受的安培力方向相同B線(xiàn)框有兩條邊所受的安培力大小相同C線(xiàn)框所受安培力的合力方向向左D線(xiàn)框?qū)⒗@MN轉(zhuǎn)動(dòng)答案BC解析通電矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd在無(wú)限長(zhǎng)直通電導(dǎo)線(xiàn)形成的磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的作用，對(duì)于ad邊和bc邊，所在的磁場(chǎng)相同，但電流方向相反，所以ad邊、bc邊受磁場(chǎng)力(安培力)大小相同，方向相反，即ad邊和bc邊受合力為零而對(duì)于ab和cd兩條邊，由于在磁場(chǎng)中，離長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)的位置不同，ab邊近而且由左手定則判斷受力向左，cd邊遠(yuǎn)而且由左手定則判斷受力向右，所以ab邊、cd邊受合力方向向左，故B、C選項(xiàng)正確4如圖3所示，三根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)P、Q、R互相平行且通過(guò)正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三條導(dǎo)線(xiàn)中通入的電流大小相等，方向垂直紙面向里；通過(guò)直導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，I為通電導(dǎo)線(xiàn)的電流大小，r為距通電導(dǎo)線(xiàn)的垂直距離，k為常量；則通電導(dǎo)線(xiàn)R受到的磁場(chǎng)力的方向是()圖3A垂直R，指向y軸負(fù)方向B垂直R，指向y軸正方向C垂直R，指向x軸正方向D垂直R，指向x軸負(fù)方向答案A5圖4所示裝置可演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)的作用、電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿當(dāng)電磁鐵線(xiàn)圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動(dòng)下列說(shuō)法正確的是()圖4A若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動(dòng)B若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動(dòng)C若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動(dòng)D若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動(dòng)答案BD解析若a接正極，b接負(fù)極，則根據(jù)安培定則可知線(xiàn)圈之間產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，根據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)；若a接正極，b接負(fù)極，則根據(jù)安培定則可知線(xiàn)圈之間產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，根據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動(dòng)，B正確；若a接負(fù)極，b接正極，則根據(jù)安培定則可知線(xiàn)圈之間產(chǎn)生向下的磁場(chǎng)，e接正極，f接負(fù)極，L中將通有向外的電流，根據(jù)左手定則可知L向右運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)；若a接負(fù)極，b接正極，則根據(jù)安培定則可知線(xiàn)圈之間產(chǎn)生向下的磁場(chǎng)，e接負(fù)極，f接正極，L中將通有向里的電流，根據(jù)左手定則可知L向左運(yùn)動(dòng)，D正確題組二安培力的大小6如圖5所示，四邊形的通電閉合線(xiàn)框abcd處在垂直線(xiàn)框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它受到磁場(chǎng)力的合力()圖5A豎直向上B方向垂直于ad斜向上C方向垂直于bc斜向上D為零答案D7如圖6所示，導(dǎo)線(xiàn)框中電流為I，導(dǎo)線(xiàn)框垂直于磁場(chǎng)放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AB與CD相距為d，則MN所受安培力大小()圖6AFIdBBFIdBsinCFDFIdBcos答案C解析題中磁場(chǎng)和電流垂直，角僅是導(dǎo)線(xiàn)框與金屬桿MN間夾角，不是電流與磁場(chǎng)的夾角8如圖7所示，磁場(chǎng)方向豎直向下，通電直導(dǎo)線(xiàn)ab由水平位置1繞a點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位置2的過(guò)程中，通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力是()圖7A數(shù)值變大，方向不變B數(shù)值變小，方向不變C數(shù)值不變，方向改變D數(shù)值，方向均改變答案B解析安培力FIlB，電流不變，垂直直導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度減小，安培力減小，安培力的方向總是垂直BI所構(gòu)成的平面，所以安培力的方向不變，B對(duì)，故選B.題組三電動(dòng)機(jī)和電流計(jì)9有關(guān)電動(dòng)機(jī)的換向器的作用，以下說(shuō)法正確的是()A當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行時(shí)，自動(dòng)改變電流方向B當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)垂直時(shí)，自動(dòng)改變電流方向C當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行時(shí)，自動(dòng)改變磁感線(xiàn)的方向D當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行時(shí)，自動(dòng)改變線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向答案B10為了改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，下述可采取的措施正確的是()A改變電源電壓的大小B改變通過(guò)線(xiàn)圈的電流的大小C改變通過(guò)線(xiàn)圈的電流的方向D對(duì)調(diào)N、S兩磁極的位置，同時(shí)對(duì)調(diào)電源的正、負(fù)極答案C題組四安培力作用下的導(dǎo)體棒的平衡11如圖8所示，長(zhǎng)L、質(zhì)量為m的金屬桿ab，被兩根豎直的金屬?gòu)椈伸o止吊起，金屬桿ab處在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)金屬桿中通有方向ab的電流I時(shí)，每根金屬?gòu)椈傻睦Υ笮門(mén).當(dāng)金屬桿通有方向ba的電流I時(shí)，每根金屬?gòu)椈傻睦Υ笮?T.則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為_(kāi)圖8答案解析金屬桿ab受重力、磁場(chǎng)力、彈簧的拉力而平衡當(dāng)金屬桿ab中的電流方向由a到b時(shí)，磁場(chǎng)力向上2TIlBmg當(dāng)金屬桿ab中的電流由b到a時(shí)，磁場(chǎng)力向下4TIlBmg解方程組得B.12兩個(gè)傾角均為的光滑斜面上，各放有一根相同的金屬棒，分別通有電流I1和I2，磁場(chǎng)