【優(yōu)化方案】高二物理 第3章第二節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用安培力課件 教科

第二節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.通過實(shí)驗(yàn)探究的方法知道安培力大小的決定因素．2．理解并掌握安培力的計(jì)算公式F＝ILB.3．知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向．4．了解電動(dòng)機(jī)、磁電式電流表的構(gòu)造及原理．重點(diǎn)難點(diǎn)：安培力大小的實(shí)驗(yàn)探究及安培力方向的判斷．

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第二節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、安培力1．探究影響通電導(dǎo)線受力的因素(1)將一根________水平懸掛在磁鐵的兩極間，導(dǎo)線的方向與磁場的方向______．(2)控制變量法①保持磁場中直導(dǎo)線的長度不變，改變_________，通過觀察___________大小來比較磁場力大?。诒３蛛娏鞑蛔?，改變磁場中______________，通過觀察直導(dǎo)線_____大小來比較磁場力大?。睂?dǎo)線垂直電流大小彈簧測力計(jì)蹄形磁體個(gè)數(shù)受力(3)結(jié)論：通電直導(dǎo)線與磁場_________時(shí)，磁場對通電導(dǎo)線作用力的大小與_________和________都成正比．2．安培力的大小(1)通電導(dǎo)線跟磁場垂直時(shí)：安培力最大，F(xiàn)＝____.(2)通電導(dǎo)線跟磁場平行時(shí)：安培力最小，F(xiàn)＝__.3．安培力的方向(1)左手定則：伸出左手，四指并攏，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓_______垂直穿過手心，四指指向_____方向，則大拇指所指方向就是_________所受安培力的方向.方向垂直導(dǎo)線長度電流大小ILB0磁感線電流通電導(dǎo)線(2)通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向，既與_________垂直，又與_________垂直，即垂直于_________和__________所確定的平面．二、電動(dòng)機(jī)——安培力的重要應(yīng)用1．構(gòu)造：由磁場(磁體)、_________、____、____及電源組成．2．原理：(圖見教材P87)電流從滑環(huán)A流入時(shí)，從滑環(huán)B流出，滑環(huán)起一個(gè)_______的作用，當(dāng)線圈通電后，由于受到_______的作用，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)起來．電流方向磁場方向電流方向磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)線圈滑環(huán)電刷換向器安培力核心要點(diǎn)突破一、安培力大小的計(jì)算1．公式F＝ILB中L指的是“有效長度”．當(dāng)B與I垂直時(shí)，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當(dāng)B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0.2．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3－2－1)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端．圖3－2－13．若磁場和電流成θ角時(shí)，如圖3－2－2所示．可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥對電流是沒有作用的．F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.圖3－2－2特別提醒：(1)公式F＝ILBsinθ中θ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F＝IBLsinθ中的Lsinθ也可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”．(3)用公式計(jì)算安培力適用于電流處于勻強(qiáng)磁場中．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．一根長為0.2m、電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中，受到磁場力的大小可能是(

)A．0.4N

B．0.2NC．0.1ND．0N解析：選BCD.據(jù)安培力的定義，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時(shí)，磁場力有最大值為Fm＝BIL＝0.5×2×0.2N＝0.2N.當(dāng)兩者方向平行時(shí)，磁場力有最小值為0N.隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0N與0.2N之間取值．二、安安培力力方向向的判判斷1．安培培力的的方向向總是是垂直直于磁磁場方方向和和電流流方向向所決決定的的平面面，在在判斷斷安培培力方方向時(shí)時(shí)首先先確定定磁場場和電電流所所確定定的平平面，，從而而判斷斷出安安培力力的方方向在在哪一一條直直線上上，然然后再再根據(jù)據(jù)左手手定則則判斷斷出安安培力力的具具體方方向．．2．已知知I、B的方向向，可可惟一一確定定F的方向向；已已知F、B的方向向，且且導(dǎo)線線的位位置確確定時(shí)時(shí)，可可惟一一確定定I的方向向；已已知F、I的方向向時(shí)，，磁感感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度B的方向向不能能惟一一確定定．3．由于于B、I、F的方向向關(guān)系系在三三維立立體空空間中中，所所以解解決該該類問問題時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)具有有較好好的空空間想想象力力．如如果是是在立立體圖圖中，，還要要善于于把立立體圖圖轉(zhuǎn)換換成平平面圖圖．4．判斷斷通電電導(dǎo)線線或線線圈在在安培培力作作用下下的運(yùn)運(yùn)動(dòng)方方向的的幾種種方法法(1)電流元元分析析法：：把整整段電電流分分成很很多小小段直直線電電流，，其中中每一一小段段就是是一個(gè)個(gè)電流流元．．先用用左手手定則則判斷斷出每每小段段電流流元受受到的的安培培力的的方向向，再再判斷斷整段段電流流所受受安培培力的的方向向，從從而確確定導(dǎo)導(dǎo)線的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向向．(2)特殊位位置分分析法法：根(3)等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，通電螺線管可等效為條形磁鐵，其南、北極由安培定則判定．5．分析析通電電導(dǎo)線線在安安培力力作用用下運(yùn)運(yùn)動(dòng)情情況的的一般般步驟驟(1)畫出(2)用左手定則確定各段通電導(dǎo)線所受安培力；(3)據(jù)初速度方向結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況．特別提醒：(1)在F、I、B三個(gè)物理量中，F(xiàn)與I、F與B一定垂直，但B與I不一定垂直．(2)判斷通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，應(yīng)找準(zhǔn)具有對稱關(guān)系的特殊位置的電流元．即時(shí)應(yīng)應(yīng)用(即時(shí)突突破，，小試試牛刀刀)2.通電矩矩形導(dǎo)導(dǎo)線框框abcd與無限限長通通電直直導(dǎo)線線MN在同一一平面面內(nèi)，，電流流方向向如圖圖3－2－3所示，，ab與MN平行．．關(guān)于于MN的磁場場對線線框的的作用用，下下列敘敘述中中正確確的是是()A．線框框有兩兩條邊邊所受受的安安培力力的方方向相相同B．線框框有兩兩條邊邊所受受的安安培力力大小小相等等C．線框受安安培力的合合力向左D．cd邊所受安培培力對ab邊的力矩不不為零圖3－2－3解析：選BC.通電矩形線線框abcd在無限長直直通電導(dǎo)線線形成的磁磁場中，受受到磁場力力的作用，，對于ad邊和bc邊，所在的的磁場相同同，但電流流方向相反反，所以ad和bc邊所受磁場場力(安培力)大小相等，，方向相反反，即ad邊和bc邊所受合力力為零．而而對于ab和cd兩條邊，由由于在磁場場中，離長長直導(dǎo)線的的位置不同同，ab邊近且由左左手定則判判斷受力向向左，cd邊遠(yuǎn)且由左左手定則判判斷受力向向右，所以以ab邊、cd邊受合力方方向向左，，故B、C選項(xiàng)正確．．三、安培力力作用下的的物體平衡衡1．有安培力力參與的物物體平衡，，此平衡與與前面所講講的物體平平衡一樣，，也是利用用物體平衡衡條件解題題．只是多多了一個(gè)安安培力而已已．2．與閉合電電路歐姆定定律相結(jié)合合的題目，，主要應(yīng)用用：(1)閉合電路歐歐姆定律；；(2)求安培力用用公式F＝BIL；(3)物體平衡條條件．3．在安培力力作用下的的物體平衡衡的解題步步驟和前面面我們學(xué)習(xí)習(xí)的共點(diǎn)力力平衡相似似，一般也也是先進(jìn)行行受力分析析，再根據(jù)據(jù)共點(diǎn)力平平衡的條件件列出平衡衡方程．其其中重要的的是在受力力分析過程程中不要漏漏掉了安培培力．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，，小試牛刀刀)3.如圖3－2－4所示，在傾傾角為α的光滑斜面面上，垂直直紙面放置置一根長為為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒棒，在導(dǎo)體體棒中的電電流I垂直紙面向向里時(shí)，欲欲使導(dǎo)體棒棒靜止在斜斜面上，下下列外加勻勻強(qiáng)磁場的的磁感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度B的大小和方方向正確的的是()圖3－2－4課堂互動(dòng)講練類型一安培力大小的計(jì)算例1如圖3－2－5所示，導(dǎo)線線abc為垂直折線線，其中電電流為I，ab＝bc＝L，導(dǎo)線所在在的平面與與勻強(qiáng)磁場場垂直，勻勻強(qiáng)磁場的的磁感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度為B，求導(dǎo)線abc所受安培力力的大小和和方向．圖3－2－5【思路點(diǎn)撥】利用F＝ILB可以計(jì)算算安培力力的大小?。疽?guī)律總結(jié)結(jié)】對安培力力公式F＝BILsinθθ的正確理理解是分分析的關(guān)關(guān)鍵．本本題中既既可分段段求解，，然后求求合力，，又可采采用等效效方法進(jìn)進(jìn)行計(jì)算算．變式訓(xùn)練練1將長為1m的導(dǎo)線ac從中點(diǎn)b折成如圖圖3－2－6所示的形形狀，放放入B＝0.08T的勻強(qiáng)磁磁場中，，abc平面與磁磁場垂直直．若在在導(dǎo)線abc中通入25A的直流電電，則整整個(gè)導(dǎo)線線所受安安培力大大小為________N.圖3－2－6類型二安培力方向的判斷例2如圖3－2－7所示，一一金屬直直桿MN兩端接有有導(dǎo)線，，懸掛于于線圈上上方，MN與線圈軸軸線均處處于豎直直平面內(nèi)內(nèi)，為使使MN垂直紙面面向外運(yùn)運(yùn)動(dòng)，可可以()圖3－2－7A．將a、c端接在電電源正極極，b、d端接在電電源負(fù)極極B．將b、d端接在電電源正極極，a、c端接在電電源負(fù)極極C．將a、d端接在電電源正極極，b、c端接在電電源負(fù)極極D．將a、c端接在交交流電源源的一端端，b、d端接在交交流電源源的另一一端【思路點(diǎn)撥撥】磁場的方方向、電電流的方方向、安安培力的的方向遵遵守左手手定則，，電流的的磁場用用安培定定則判斷斷．【精講精析析】要求直桿桿MN垂直紙面面向外運(yùn)運(yùn)動(dòng)，把把直桿所所在處的的磁場方方向和直直桿中電電流畫出出來，得得A、B正確．若若使a、c兩端(或b、d兩端)的電勢相對于于另一端b、d(或a、c)的電勢的高低低做同步變化化，線圈磁場場與電流方向向的關(guān)系跟上上述兩種情況況一樣，故D也正確．【答案】ABD【規(guī)律總結(jié)】安培定則、左左手定則往往往同時(shí)應(yīng)用．．應(yīng)特別注意意，安培定則則是判斷電流流的磁場方向向，又稱右手手螺旋定則，，而左手定則則是用左手判判斷電流的受受力情況的．．變式訓(xùn)練2在地球赤道上上空，沿東西西方向水平放放置一根通以以由西向東的的直線電流，，則此導(dǎo)線()A．受到豎直向向上的安培力力B．受到豎直向向下的安培力力C．受到由南向向北的安培力力D．受到由西向向東的安培力力解析：選A.地球赤道上空空的磁場方向向由南向北與與地面方向平平行，由左手手定則可判斷斷導(dǎo)線受到豎豎直向上的安安培力．類型三安培力作用下的平衡問題例3質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的的導(dǎo)軌上，導(dǎo)導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，磁感應(yīng)強(qiáng)度度B＝2T的勻強(qiáng)磁場與與導(dǎo)軌平面垂垂直且方向向向下，如圖3－2－8所示．現(xiàn)調(diào)節(jié)節(jié)滑動(dòng)變阻器器的觸頭，試試求出為使桿桿ab靜止不動(dòng)，通通過ab桿的電流范圍圍為多少？圖3－2－8【思路點(diǎn)撥】先對ab進(jìn)行正確受力力分析，根據(jù)據(jù)平衡條件求求安培力的最最大值、最小小值，可確定定電流的范圍圍．【自主解答】桿ab中的電流為a到b，所受的安培培力方向平行行于導(dǎo)軌向上上．當(dāng)電流較較大時(shí)，導(dǎo)體體有向上的運(yùn)運(yùn)動(dòng)趨勢，所所受靜摩擦力力向下；當(dāng)靜靜摩擦力達(dá)到到最大時(shí)，磁磁場力為最大大值F1，此時(shí)通過ab的電流最大為為Imax；同理，當(dāng)電電流最小時(shí)，，應(yīng)該是導(dǎo)體體受向上的靜靜摩擦力，此此時(shí)的安培