魯科版選修31 第6章 第1節(jié)　探究磁場對電流的作用 學(xué)案.doc

第1節(jié)探究磁場對電流的作用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)(教師用書獨(dú)具)1知道安培力的定義及安培力大小的決定因素2會(huì)用filb計(jì)算b與i垂直情況下的安培力(重點(diǎn))3知道左手定則，并會(huì)用它判定安培力的方向(重點(diǎn))4知道電流表的基本構(gòu)造及其測電流大小和方向的基本原理.自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識梳理一、安培力1安培力磁場對電流的作用力2科學(xué)探究：安培力與哪些因素有關(guān)(1)實(shí)驗(yàn)探究采用的方法：控制變量法(2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：當(dāng)其他因素不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，安培力增大；當(dāng)其他因素不變，電流增大時(shí)，安培力增大；當(dāng)其他因素不變，導(dǎo)體長度增大時(shí)，安培力增大；安培力的方向由磁場的方向和電流的方向共同決定3安培力的大小和方向(1)大小：filb.(2)公式的適用條件通電導(dǎo)線與磁場方向垂直勻強(qiáng)磁場或非勻強(qiáng)磁場中很短的導(dǎo)體(3)方向判斷：左手定則如圖611所示，伸開左手，讓拇指與其余四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，那么，拇指所指方向即為通電直導(dǎo)線在磁場中的受力方向圖611二、安培力就在你身邊1電流表、電動(dòng)機(jī)等都是安培力的應(yīng)用2電流計(jì)工作原理(1)構(gòu)造：如圖612所示，圓柱形鐵芯固定于蹄形磁鐵兩極間，鐵芯外面套有纏繞著線圈并可轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有指針和游絲(2)原理：當(dāng)被測電流通入線圈時(shí)，線圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)使游絲扭轉(zhuǎn)形變，產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩當(dāng)安培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)與游絲形變產(chǎn)生的阻礙達(dá)到平衡時(shí)，指針停留在某一刻度電流越大，安培力就越大，指針偏角就越大圖612基礎(chǔ)自測1思考判斷(1)通電導(dǎo)體在磁場中所受安培力為零，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零()提示當(dāng)電流方向與磁場平行時(shí)，安培力為零(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與安培力的方向垂直()(3)通電導(dǎo)體在磁場中所受安培力f一定等于ilb.()提示只有當(dāng)電流與磁場垂直時(shí)安培力filb.(4)左手定則可以判斷安培力的方向，其四指為導(dǎo)線中電流的方向()(5)用磁電式電流表測量電流時(shí)，通電線圈的四條邊都受到安培力的作用()提示與磁場平行的兩條邊不受力(6)電流計(jì)在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同()提示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不相同(7)電流計(jì)在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無關(guān)()2下列關(guān)于導(dǎo)體在磁場中受力的說法正確的是()a通電導(dǎo)體在磁場中一定受到安培力的作用b通電導(dǎo)體在磁場中有時(shí)不會(huì)受到安培力的作用c通電導(dǎo)體中的電流方向與磁場方向不平行也不垂直時(shí)，不會(huì)受到安培力的作用d只要導(dǎo)體放入磁場中，無論是否通電都會(huì)受到安培力的作用b磁場對通電導(dǎo)體有力的作用，將導(dǎo)體放入磁場，不通電也就無電流，無電流也就不會(huì)受到安培力的作用，選項(xiàng)d錯(cuò)誤；通電導(dǎo)體放入磁場中，也不一定就受到安培力的作用，當(dāng)導(dǎo)體方向與磁場方向平行時(shí)，導(dǎo)體不受安培力的作用，當(dāng)導(dǎo)體與磁場方向垂直時(shí)，導(dǎo)體受到的安培力最大，其他情況下，受到的安培力介于0與最大值之間，由此可見，選項(xiàng)a、c錯(cuò)誤，b正確3如圖所示，通電導(dǎo)線均置于勻強(qiáng)磁場中，其中導(dǎo)線受到的安培力方向向右的是() 【導(dǎo)學(xué)號：46242215】b根據(jù)左手定則，選項(xiàng)a中導(dǎo)線受到的安培力方向向左，選項(xiàng)b中導(dǎo)線受到的安培力方向向右，選項(xiàng)c中導(dǎo)線與磁場方向平行，不受安培力，選項(xiàng)d中導(dǎo)線受到的安培力方向垂直紙面向里，故a、c、d錯(cuò)誤，b正確在勻強(qiáng)磁場中，有一根長度為0.1 m的通電直導(dǎo)線，直導(dǎo)線中的電流為10 a，直導(dǎo)線受磁場力大小為0.02 n，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可能為()a0.08 tb0.004 tc0.01 t d0.005 ta當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)有b0.02 t若b0.08 t，直導(dǎo)線與磁場成合適夾角時(shí)，直導(dǎo)線受到的磁場力大小可以為0.02 n，選項(xiàng)a對；若b0.01 t、0.004 t或0.005 t，直導(dǎo)線無論與磁場成多大夾角，直導(dǎo)線受到的磁場力大小都不可能為0.02 n，選項(xiàng)b、c、d均錯(cuò)合 作 探 究攻 重 難安培力的大小和方向1安培力的方向不管電流方向與磁場方向是否垂直，安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，即總有fi和fb.(1)已知i、b的方向，可用左手定則唯一確定f的方向(2)已知f、b的方向，當(dāng)導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可唯一確定i的方向(3)已知f、i的方向，b的方向不能唯一確定2安培力公式filbsin (1)當(dāng)b與i垂直時(shí)，sin 1，則filb，即安培力最大(2)當(dāng)b與i平行時(shí)，f0，安培力最小(3)當(dāng)b與i成角時(shí)，filbsin .(4)此公式中的l指的是“有效長度”彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度如圖613，相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端圖613如圖614所示，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b1.0 t的勻強(qiáng)磁場中的導(dǎo)體abc中通有方向由abc、大小為i2.0 a的電流，ab0.3 m，bc0.4 m則該導(dǎo)體受到的安培力大小為_，方向?yàn)開圖614思路點(diǎn)撥：解答本題有兩種思路：先分別求出直導(dǎo)體ab、bc所受的安培力，再求兩個(gè)力的合力先求出導(dǎo)體abc在磁場中的有效長度，再求安培力的大小解析方法一：導(dǎo)體ab所受的安培力為fabbiab0.6 n，方向垂直于ab向右，導(dǎo)體bc所受的安培力為fbcbibc0.8 n，方向垂直于bc向上，如圖所示合力為f1 n，方向垂直于ac連線斜向右上方方法二：導(dǎo)體abc在磁場中的有效長度為l0.5 m，則導(dǎo)體受到的安培力為fbil1 n，方向垂直于ac連線斜向右上方答案1 n垂直于ac連線斜向右上方計(jì)算安培力大小時(shí)應(yīng)注意的四點(diǎn)(1)公式filbsin 中是b和i方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析(2)公式filbsin 中的lsin 也可以理解為l在垂直于磁場方向上的“有效長度”(3)公式filbsin 適用于電流處于勻強(qiáng)磁場中計(jì)算安培力的情況(4)公式filbsin 中的b是外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不要與電流所產(chǎn)生的磁場相混淆針對訓(xùn)練1如圖615所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為l，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為i，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線abcd所受到的磁場的作用力的合力為()【導(dǎo)學(xué)號：46242216】a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圖615a導(dǎo)線abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識知lad(1)l，故線段abcd所受的合力大小filadb(1)ilb，導(dǎo)線有效長度的電流方向?yàn)閍d，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向沿紙面向上，故選項(xiàng)a正確安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)的常用方法電流元法把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流(反過來等效也成立)，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特殊位置法通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；不平行的兩直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及其運(yùn)動(dòng)方向一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈l1和一個(gè)固定的線圈l2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合當(dāng)兩線圈通以如圖616所示的電流時(shí)，從左向右看，則線圈l1將()a不動(dòng)b順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)c逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) d向紙面內(nèi)平動(dòng)圖616b方法一：直線電流元分析法把線圈l1沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)直流電流元，電流元處在l2產(chǎn)生的磁場中，據(jù)安培定則可知各電流元所在處磁場向上。由左手定則可得，上部電流元所受安培力均指向紙外，下部電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈l1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方法二：等效分析法把線圈l1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流i2的中心，通電后，小磁針的n極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流i2的磁場方向，由安培定則知l2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上，而l1等效成小磁針后轉(zhuǎn)動(dòng)前，n極指向紙內(nèi)，因此應(yīng)由向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈l1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方法三：利用結(jié)論法環(huán)形電流i1、i2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得l1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是從左向右看線圈l1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)判斷安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的技巧(1)畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線方向(2)根據(jù)左手定則確定導(dǎo)體所受安培力的方向(3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向針對訓(xùn)練2如圖617所示，一弓形線圈通有逆時(shí)針方向的電流，在其圓弧的圓心處垂直于紙面放置一直導(dǎo)線，當(dāng)直導(dǎo)線通有垂直紙面向里的電流時(shí)，線圈將()aa端向紙內(nèi)，b端向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，且靠近導(dǎo)線ba端向紙內(nèi)，b端向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，且遠(yuǎn)離導(dǎo)線ca端向紙外，b端向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且靠近導(dǎo)線da端向紙外，b端向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且遠(yuǎn)離導(dǎo)線圖617a由右手螺旋定則知，直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁感線在紙面內(nèi)是同心圓，方向?yàn)轫槙r(shí)針，由于圓弧與磁感線重合，不受安培力，在ab直導(dǎo)線上下部分各取一小段，由左手定則判斷得知，a端的受力向內(nèi)，b端的受力向外，可知a端向內(nèi)、b端向外轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)后，線圈受到指向直導(dǎo)線的力，向直導(dǎo)線靠近，a對安培力作用下的力學(xué)綜合問題1.在安培力作用下的物體的平衡問題的解決步驟和前面學(xué)習(xí)的共點(diǎn)力平衡相似，一般也是先進(jìn)行受力分析，再根據(jù)共點(diǎn)力平衡的條件列出平衡方程，注意在受力分析過程中不要漏掉安培力對物體進(jìn)行受力分析時(shí)，注意安培力大小和方向的確定2為方便對問題分析和便于列方程，在受力分析時(shí)應(yīng)將立體圖畫成平面圖，即畫成俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等將抽象的空間受力分析轉(zhuǎn)移到紙面上進(jìn)行，最后結(jié)合正交分解或平行四邊形定則進(jìn)行分析如圖618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1 m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m0.3 kg的金屬棒ab，通以從ba、i3 a的電流，磁場方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止求：圖618(1)勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(2)ab棒對導(dǎo)軌壓力的大小(g取10 m/s2)思路點(diǎn)撥：解析(1)受力分析如圖所示，ab棒靜止，沿斜面方向受力平衡，則mgsin ilbcos .b t1.73 t.(2)設(shè)導(dǎo)軌對ab棒的支持力為n，由牛頓第三定律得，ab棒對導(dǎo)軌的壓力大小為：nn n6 n.答案(1)1.73 t(2)6 n1涉及安培力的力學(xué)問題處理方法通電導(dǎo)體在磁場、重力場中的平衡與加速運(yùn)動(dòng)問題的處理方法和純力學(xué)問題一樣，無非是多了一個(gè)安培力2解決這類問題的關(guān)鍵(1)受力分析時(shí)安培力的方向千萬不可跟著感覺走，牢記安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直又和電流方向垂直(2)畫出導(dǎo)體受力的平面圖針對訓(xùn)練3如圖619所示，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場中；磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 t，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關(guān)與一電動(dòng)勢為12 v的電池相連，電路總電阻為2 .已知開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長量均為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3 cm.重力加速度大小取10 m/s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量. 【導(dǎo)學(xué)號：46242217】圖619解析依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下開關(guān)斷開時(shí)，兩彈簧各自相對于其原長伸長量為l10.5 cm.由胡克定律和力的平衡條件得2kl1mg式中，m是金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為fibl式中，i是回路電流，l是金屬棒的長度兩彈簧各自再伸長了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(l1l2)mgf由歐姆定律有eir式中，e是電池的電動(dòng)勢，r是電路總電阻聯(lián)立式，并代入題給數(shù)據(jù)得m0.01 kg.答案安培力方向豎直向下0.01 kg當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1圖6110中的d為置于電磁鐵兩極間的一段通電直導(dǎo)線，電流方向垂直于紙面向里在開關(guān)s接通后，導(dǎo)線d所受安培力的方向是()a向上b向下c向左 d向右圖6110a由右手螺旋定則可知，軟鐵芯在導(dǎo)線處的磁場方向向左，由左手定則可知，導(dǎo)線d受到的安培力方向向上，選項(xiàng)a對2(多選)所謂電流表的靈敏度，是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高下列方法中可提高磁電式電流表靈敏度的是()a增強(qiáng)永久磁鐵的磁性b增大螺旋彈簧的勁度系數(shù)c增大線圈的面積 d增加線圈的匝數(shù)acd通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧變形，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大要提高電流表的靈敏度，就要在通入相同的電流時(shí)，讓指