34通電導線在磁場中受到的力學案（人教版選修3-1）

1、金太陽新課標資源網(wǎng) 3.4 通電導線在磁場中受到的力 學案（人教版選修3-1）一、安培力的方向1安培力：通電導線在_中受的力2決定安培力方向的因素：_和磁感應強度方向圖13左手定則：如圖1所示，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讓_從掌心進入，并使四指指向_，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受_的方向4安培力的特點FB，F(xiàn)I，即F垂直于_決定的平面5平行通電導線間的作用力：電流方向相同，兩導線相互_，電流方向相反，兩導線相互_二、安培力的大小1當通電導線垂直磁場方向放置時所受安培力的大小為：F_.2當磁感應強度B的方向與通電導線平行時，導線受力F_.3當磁感

2、應強度B的方向與通電導線方向成角時，F(xiàn)_.為B與I的夾角三、磁電式電流表1原理：通電線圈在磁場中受到_而偏轉線圈偏轉的角度越大，被測電流就_根據(jù)線圈_，可以知道被測電流的方向2構造：_、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴3特點：兩磁極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿_方向，保證線圈轉動時，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使線圈平面總與磁場方向_，使表盤刻度均勻，如圖2所示圖24優(yōu)點：靈敏度高，可以測出_的電流缺點：線圈導線很細，允許通過的電流很弱.一、 安培力的方向問題情境如圖3所示，用一蹄形磁鐵慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡可以看到燈絲顫抖起來，你能解釋

3、一下燈絲為什么會“顫抖”嗎？圖31電場力是怎樣產(chǎn)生的？安培力呢？2安培力的方向與哪些因素有關？如何來判斷？3安培力的方向、磁場方向、電流方向在同一平面內嗎？4平行通電直導線間的作用力是怎樣產(chǎn)生的？什么情況下兩導線相吸引？什么情況下相排斥？要點提煉_手定則安培力的方向判斷伸開_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；讓_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問題延伸安培定則又稱_手螺旋定則，是判斷電流產(chǎn)生的磁場方向的；左手定則是判斷電流在磁場中所受安培力方向的二、安培力的大小問題情境1磁感應強度B是如何定義的？表達式是怎樣的？

4、式中的F指的是什么？2磁感應強度的方向與導線方向必須垂直嗎？若不垂直如何計算安培力大小要點提煉安培力大小的公式表述：(1)當B與I垂直時，F(xiàn)BIL.(2)當B與I成角時，F(xiàn)BILsin ，是B與I的夾角問題延伸1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42公式FIBLsin 中的Lsin 也可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”3用公式計算安培力適用于電流處于勻強磁場中三、磁電式電流表問題情境1磁電式電流表的構造是怎樣的？2磁電式電流表的原理是什么？3磁電式電流表優(yōu)、缺點是什么？問題延伸1線圈通入的電流越大，指針偏轉的角度_，指針偏轉的角度和

5、電流成_2通電線圈中的電流方向改變時，線圈受到的安培力方向_，指針的偏轉也_.例1將長度為20 cm、通有0.1 A電流的直導線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖5所示已知磁感應強度為1 T，試求出下列各圖中導線所受安培力的大小和方向圖5變式訓練1如圖6所示，其中A、B圖已知電流方向及其所受磁場力的方向，試判斷并在圖中標出磁場方向C、D圖已知磁場方向及其對電流作用力的方向，試判斷電流方向并在圖中標出圖6例2一條形磁鐵放在水平桌面上，在它的上方靠S極一側吊掛一根與它垂直的導體棒，圖7中只畫出此棒的橫截面圖，并標出此棒中的電流是流向紙內的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是()圖7A磁鐵對桌面的壓

6、力減小B磁鐵對桌面的壓力增大C磁鐵受到向右的摩擦力D磁鐵受到向左的摩擦力聽課記錄：變式訓練2如圖8所示，把輕質導電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當線圈內通入如圖方向的電流后，則線圈()圖8A向左運動 B向右運動C靜止不動 D無法確定例3在傾角為的光滑斜面上，置一通有電流I，長為L，質量為m的導體棒，如圖9所示，試問：圖9(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強磁場的磁感應強度B的最小值和方向(2)欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向圖10變式訓練3如圖10所示，用兩根輕細懸線將質量為m、長為L的金屬棒ab懸掛在c、d兩

7、處，置于豎直向上的勻強磁場內當棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向角，棒處于平衡狀態(tài)則磁感應強度B為多少？為了使棒平衡在該位置上，所需磁場的最小磁感應強度B為多少？方向如何？【即學即練】1下列關于磁電式電流表的說法中，正確的是()A電流表的工作原理是安培力對通電導線的加速作用B電流表的工作原理是安培力對通電線框的轉動作用C電流表指針的偏轉角與所通電流的大小成正比D電流表指針的偏轉角與所通電流的大小成反比2一根長為0.2 m、通有2 A電流的通電導線放在磁感應強度為0.5 T的勻強磁場中，則其受到的磁場力的大小可能是()A0.4 N B0.2 N C0.1 N D03一根有質量的金屬棒

8、MN兩端用細軟導線連接后懸掛于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強磁場中，棒中電流方向從M流向N，如圖11所示，此時棒受到導線對它的拉力作用為使拉力等于零，可以()圖11A適當減小磁感應強度 B適當增大電流C使磁場反向 D使電流反向4質量為m、長度為L的導體棒MN靜止在水平導軌上通過MN的電流為I，勻強磁場的磁感應強度為B，與導軌平面成角斜向上，如圖12所示求MN受到的支持力和摩擦力的大小圖12參考答案課前自主學習一、1.磁場2.電流方向3.磁感線電流的方向安培力4.B和I5.吸引排斥二、1.ILB2.03.ILBsin 三、1.安培力越大偏轉的方向2.磁鐵3.半徑平行4.很弱核心知

9、識探究一、問題情境1電場力是電荷在電場中受到的力；安培力是通電導線在磁場中受到的力2實驗證明：通電導線受力的方向與磁場方向、電流方向有關安培力的方向由左手定則來判斷3不在同一平面內，通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應強度的方向都垂直4兩條平行的通電直導線是通過磁場發(fā)生相互作用的，且“同向電流相吸引，異向電流相排斥”當a、b兩導線中通有同向電流，導線a中的電流產(chǎn)生的磁場在其右側都垂直于紙面向里，如圖甲所示，這個磁場對通電直導線b的作用力Fab的方向由左手定則可知為在紙面內向左同理，導線b中的電流產(chǎn)生的磁場對導線a的安培力Fba方向應在紙面內向右，因此通有同向電流的兩導線間的作用力

10、表現(xiàn)為相互吸引當a、b兩導線中通有反向電流時如圖乙所示，用上述同樣方法可判斷要點提煉左左磁感線問題延伸右二、問題情境1通過引入電流元IL，采用比值法來定義的表達式為B；F是直導線與磁場垂直時受到的安培力2可以垂直，也可以不垂直，若不垂直則將B分解為垂直于電流方向的B2Bsin 和沿電流方向的B1Bcos ，B對I的作用可用B1、B2對電流的作用等效替代，F(xiàn)F1F20B2ILBILsin .三、問題情境1最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈2通電線圈在磁場中受安培力而轉動3磁電式電流表優(yōu)點：刻度均勻，靈敏度高；缺點：量程小，正常使用時必須進行改裝問題延伸1越大正比2.反向反向解題方法探

11、究例1(1)0(2)0.02 N；安培力方向垂直導線水平向右；(3)0.02 N；安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上；(4)1.732102 N，方向垂直紙面向里解析由左手定則和安培力的計算公式得：(1)因導線與磁感線平行，所以導線所受安培力為零(2)由左手定則知：安培力方向垂直導線水平向右，大小F2BIL10.10.2 N0.02 N(3)安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上，大小F3BIL0.02 N(4)安培力的方向垂直紙面向里，大小F4BILsin 601.732102 N變式訓練1A圖磁場方向垂直紙面向外；B圖磁場方向在紙面內垂直F向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向里解析磁場的方向、

12、電流的方向、安培力的方向三者遵守左手定則，電流的方向跟磁場的方向可以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁場和電流所決定的平面例2AD對導體棒，通電后，由左手定則，導體棒受到斜向左下的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導體棒的作用力應斜向右上，所以在通電的一瞬間，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確變式訓練2A方法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運動方法二：電流元法如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動例3(1)，方向垂直斜面向上(2)

13、，方向水平向左解析(1)棒在斜面上處于靜止狀態(tài)，故受力平衡棒共受三個力作用：重力大小為mg，方向豎直向下；彈力垂直于斜面，大小隨磁場力的變化而變化；磁場力始終與磁場方向及電流方向垂直，大小隨磁場方向不同而改變，但由平衡條件知：斜面彈力與磁場力的合力必與重力mg等大反向，故當磁場力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時，安培力最小Fminmgsin ，所以B，由左手定則知：B的方向應垂直斜面向上(2)棒靜止在斜面上，又對斜面無壓力，則棒只受兩個力作用，即豎直向下的重力mg和磁場力F作用，由平衡條件知Fmg，且磁場力F豎直向上，所以BILmg，故B，由左手定則知B的方向水平向左 .變式訓練3tan sin ，方向平行于懸線向上解析畫出從右側看逆著電流方向的側視圖，如圖甲所示金屬棒在重力mg、懸線拉力FT、安培力F三個力的作用下處于平衡狀態(tài)由共點力平衡條件得FILBmgtan ，所以Btan .要求所加磁場的磁感應強度最小，應使棒平衡時所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知(如圖乙)，安培力的最小值為Fminmgsin ，即ILBminmgsin ，所以Bminsin ，所加磁場的方向應平行于懸線向上即學即練1BC2BCD根據(jù)安培力的定義，當磁感應強度B與電流I的方向垂直時，磁場力有最大值，為：FBIL0.520.2 N0.2 N；當B