2018-2019學(xué)年滬科選修3-1 5.4　探究安培力 學(xué)案

1、.5.4探究安培力學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1知道什么是安培力重點2知道左手定那么的內(nèi)容，學(xué)會用左手定那么判斷安培力的方向重點3掌握用安培力公式FBIL解答有關(guān)問題，通過安培力公式的應(yīng)用，培養(yǎng)空間想象才能重點、難點自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識梳理一、安培力的方向1安培力磁場對電流的作用力稱為安培力2左手定那么伸開左手，使大拇指與其余四個手指垂直，且都跟手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線穿入手心，使四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向3安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系FB，F(xiàn)I，即F垂直于電流方向和磁場方向所決定的平面二、安培力的大小1因素通電導(dǎo)體在磁場中受到的安培

2、力的大小，跟導(dǎo)體的長度L、導(dǎo)體中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B都成正比2計算公式1當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時，F(xiàn)BIL.2當(dāng)電流方向與磁場方向夾角為時，F(xiàn)BILsin_.3當(dāng)電流方向與磁場方向平行時，F(xiàn)0.根底自測1考慮判斷正確的打“，錯誤的打“×1通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用×2通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直3應(yīng)用左手定那么時，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向4安培力的大小由電流強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度兩個因素決定×5將長度為L、電流強(qiáng)度為I的導(dǎo)體放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，導(dǎo)體所受安培力的大小一定是FBIL.×6通電導(dǎo)線放入磁場

3、中不受安培力的作用，那么通電導(dǎo)線一定和磁場方向平行【提示】1×通電直導(dǎo)線與磁場方向平行時，不受安培力4×安培力的大小還跟導(dǎo)體長度有關(guān)5×只有在電流方向與磁場方向垂直時才有FBIL.2一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、程度向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時，描繪導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的選項是DA圖中I與B平行應(yīng)不受安培力，故A錯誤，由左手定那么知B、C錯誤，D正確3.如圖5­4­1所示，長為2L的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在

4、平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為【導(dǎo)學(xué)號：69682264】圖5­4­1A0B0.5BILCBILD2BILCV形通電導(dǎo)線的等效長度為L，故安培力的大小為BIL，C正確合 作 探 究·攻 重 難安培力的方向與安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動1安培力的方向1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，但B與I不一定垂直2I、B的方向，可唯一確定F的方向；F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時，可唯一確定I的方向；F、I的方向時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定2判斷導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的五種常用方

5、法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定那么判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向等效法環(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環(huán)形電流，反過來等效也成立然后根據(jù)同極相斥、異極相吸或者根據(jù)同向電流相吸、反向電流相斥判斷互相作用情況結(jié)論法兩平行直線電流在互相作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流互相作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向一樣的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動或運(yùn)動趨勢

6、的問題時，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作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向一個可以自由運(yùn)動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖5­4­2所示的電流時，從左向右看，線圈L1將圖5­4­2A不動B順時針轉(zhuǎn)動C逆時針轉(zhuǎn)動D向紙面內(nèi)平動思路點撥：可采用等效法，將L1等效為小磁針，確定L2產(chǎn)生的磁場后判斷L1受力運(yùn)動情況可采用結(jié)論法，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥B方法一：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L2的中心，通電后，小磁針的

7、N極應(yīng)指向該環(huán)形電流L2的磁場方向，由安培定那么知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，其N極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看順時針轉(zhuǎn)動方法二：利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行，那么必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是：從左向右看順時針轉(zhuǎn)動安培定那么與左手定那么的三點區(qū)別1用處不同：安培定那么用于判斷電流的磁場方向，即用于電生磁的情況，左手定那么用于判斷電流在磁場中的受力，即用于電流受力的情況2所用手不同：安培定那么用右手，左手定那么用左手3手型不同：安培定那么四指彎曲，左手定那么手掌伸直針對訓(xùn)練1多項選擇如下圖，F(xiàn)是磁場對通電直導(dǎo)線的作

8、用力，其中正確的示意圖是AD由左手定那么可判斷，選項B中安培力的方向向左，選項C中安培力的方向向下；選項A、D中安培力的方向如題圖所示，選項A、D是正確的2.通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面紙面內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動O為L2的中心，各自的電流方向如圖5­4­3所示以下哪種情況將會發(fā)生 【導(dǎo)學(xué)號：69682265】圖5­4­3A因L2不受磁場力的作用，故L2不動B因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡，故L2不動CL2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動DL2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動D由右手螺旋定那么可知導(dǎo)線L1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外

9、，且離導(dǎo)線L1的間隔 越遠(yuǎn)的地方，磁場越弱，導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向程度向右，由于O點的下方磁場較強(qiáng)，那么安培力較大，因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D選項正確安培力的計算和平衡問題1FBILsin 適用于勻強(qiáng)磁場中的通電直導(dǎo)線，求彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受安培力時，L為有效長度，即導(dǎo)線兩端點所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端，如圖5­4­4所示圖5­4­42同樣情況下，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，它所受的安培力最大；導(dǎo)線與磁場方向平行時，它不受安培力；導(dǎo)線與磁場方向斜交時，它所受的安培力介于0和最大值之間3在非勻強(qiáng)磁場中，只要通

10、電直導(dǎo)線L所在位置的各點B矢量相等包括大小和方向，那么導(dǎo)線所受安培力也能用上述公式計算4當(dāng)電流同時受到幾個安培力時，那么電流所受的安培力為這幾個安培力的矢量和在傾角30°的斜面上，固定一金屬框架，寬L0.25 m，接入電動勢E12 V、內(nèi)阻不計的電源在框架上放有一根程度的、質(zhì)量m0.2 kg的金屬棒ab，它與框架的動摩擦因數(shù)為，整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的垂直框面向上的勻強(qiáng)磁場中如圖5­4­5所示當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬棒靜止在框架上？設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，框架與棒的電阻不計，g10 m/s2圖5­4­5

11、思路點撥：將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖判斷安培力的方向，對導(dǎo)體棒受力分析根據(jù)平衡條件求解【解析】金屬棒靜止在框架上時，摩擦力的方向可能沿框面向上，也可能沿框面向下，須分兩種情況考慮當(dāng)滑動變阻器R取值較大時，I較小，安培力F較小，在金屬棒的重力分力mgsin 作用下，棒有沿框架下滑趨勢，框架對金屬棒的摩擦力沿框面向上如圖甲所示金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R 4.8 當(dāng)滑動變阻器R取值較小時，I較大，安培力F較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑的趨勢因此，框架對金屬棒的摩擦力沿框面向下如圖乙所示金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R1.6 所以滑動變阻

12、器R的取值范圍應(yīng)為1.6 R4.8 . 【答案】1.6 R4.8 求解安培力問題的四個步驟1選定研究對象：一般為磁場中的通電導(dǎo)線2變?nèi)S為二維：方法是沿著或逆著電流方向觀察，將一段有長度的導(dǎo)線看成一個沒有長度的圓圈，圈內(nèi)畫“×為順著電流方向觀察，圈內(nèi)畫“·表示逆著電流方向觀察3畫出平面受力分析圖：其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定那么來判斷，注意F安B、F安I.4根據(jù)力的平衡條件或牛頓第二定律列方程式進(jìn)展求解針對訓(xùn)練3.如圖5­4­6，一段導(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

13、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)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力 【導(dǎo)學(xué)號：69682266】圖5­4­6A方向沿紙面向上，大小為1ILBB方向沿紙面向上，大小為1ILBC方向沿紙面向下，大小為1ILBD方向沿紙面向下，大小為1ILBA導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識知Lad1L，故線段abcd所受的合力大小FILadB1ILB，導(dǎo)線有效長度的電流方向為ad，據(jù)左手定那么可以確定導(dǎo)線所受合力方向豎直向上，故A項正確4.如圖5­4­7所示，光滑導(dǎo)軌與程度面成角，導(dǎo)軌寬為L.勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度

14、為B.金屬桿長也為L，質(zhì)量為m，程度放在導(dǎo)軌上當(dāng)回路總電流為I時，金屬桿恰好能靜止求豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小圖5­4­7【解析】磁場方向豎直向上，桿受力如下圖：金屬桿的安培力FILB由平衡條件可得Fcos mgsin 解得B.【答案】當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1如下圖各圖中，表示磁場方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向的圖示正確的選項是A由左手定那么知，A正確，B，C錯誤在D圖中，B與I平行，導(dǎo)線所受安培力為零2多項選擇一根長為0.2 m電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，受到安培力的大小可能是A0.4 NB0.2 NC0.1 ND0BCD

15、當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時，安培力有最大值為FBIL0.5×2×0.2 N0.2 N；當(dāng)兩方向平行時，安培力有最小值為0.隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0與0.2 N之間取值3如圖5­4­8所示，電磁炮由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成當(dāng)電源接通后，磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度以下各俯視圖中正確表示磁場B方向的是 【導(dǎo)學(xué)號：69682267】圖5­4­8B要使電磁炮彈加速，那么炮彈應(yīng)受向右的安培力由左手定那么可知：磁場方向應(yīng)為垂直紙面向外B正確4.如圖5­4­9所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T的勻強(qiáng)磁場中，用兩根細(xì)線懸掛一長為10 cm，質(zhì)量為0.05 kg的