高中物理人教版1第三章磁場(chǎng)第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力

第三章磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力【教學(xué)目標(biāo)】1．知道什么是安培力。2．知道左手定則的內(nèi)容，會(huì)用左手定則熟練地判定安培力方向，并會(huì)用它解答有關(guān)問(wèn)題。3、會(huì)用安培力公式F=BIL解答有關(guān)問(wèn)題。重點(diǎn)：左手定則的運(yùn)用難點(diǎn)：安培力的方向確定和大小的計(jì)算?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、安培力的方向既跟________方向垂直，又跟__________方向垂直，也就是說(shuō)，安培力的方向總是垂直于_________________________所在的平面.2、如何判斷安培力的方向呢？人們通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出通電導(dǎo)線受安培力方向和電流方向、磁場(chǎng)方向存在著一個(gè)規(guī)___________________．左手定則：伸開(kāi)_____手，使大拇指跟其余四個(gè)手指_________，并且跟手掌在__________內(nèi)，把手放人______場(chǎng)中，讓磁感線_________穿入手心，并使伸開(kāi)的四指指向__________方向，那么，________所指的方向，就是________________________的方向．3、安培力的大小通電導(dǎo)線（電流為I、導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng)）和磁場(chǎng)（B）方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受的安培力的大?。篲_____________，此時(shí)電流受的安培力___________。兩種特例：即F=ILB(I___B)和F=0(I____B)。4、磁電式電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤(pán).（最基本的是_________和____________）5、電流表的工作原理是____________________________________?！镜湫屠}】一、安培力方向的判斷【例1】如圖3－4－6所示，用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN，電流I方向從M到N，繩子的拉力均為F.為使F＝0，可能達(dá)到要求的方法是()A．加水平向右的磁場(chǎng)B．加水平向左的磁場(chǎng)C．加垂直紙面向里的磁場(chǎng)D．加垂直紙面向外的磁場(chǎng)二、安培力的大小【例2】一根長(zhǎng)為m、電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為T(mén)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)力的大小可能是()A．NB．NC．ND．0三、安培力的計(jì)算【例3】如圖1所示，在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行，并在豎直向上的磁場(chǎng)中，一根質(zhì)量為kg、有效長(zhǎng)度為2m的金屬棒放在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒中的電流為5A時(shí)，金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)金屬棒中的電流增大到8A時(shí)，金屬棒能獲得2m/s2的加速度．則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少？拓展：導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中受到幾個(gè)力的作用？當(dāng)金屬棒中的電流為5A時(shí)，金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)，可以得到什么結(jié)論？什么力產(chǎn)生了加速度？四、安培力作用下物體的平衡問(wèn)題【例4】如圖所示，導(dǎo)體桿ab的質(zhì)量為m，電阻為R，放置在與水平面夾角為θ的傾斜金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為d，電阻不計(jì)，系統(tǒng)處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電池內(nèi)阻不計(jì)，問(wèn)：若導(dǎo)線光滑，電源電動(dòng)勢(shì)E多大才能使導(dǎo)體桿靜止在導(dǎo)軌上?五、安培力作用下物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題【例5】．如圖7所示，兩個(gè)完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上，但能自由移動(dòng)，若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流，則它們的運(yùn)動(dòng)情況是()A．都繞圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)B．以不等的加速度相向運(yùn)動(dòng)C．以相等的加速度相向運(yùn)動(dòng)D．以相等的加速度相背運(yùn)動(dòng)．【課后練習(xí)】1．關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力(安培力)，下列說(shuō)法中正確的是()A．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用B．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟磁場(chǎng)的方向垂直C．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直D．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面2.在圖中，標(biāo)出了磁場(chǎng)的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向，其中正確的是()3.通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上，通有如圖3－4－7所示的電流時(shí)，通電直導(dǎo)線A受到水平向________的安培力作用．當(dāng)A、B中電流大小保持不變，但同時(shí)改變方向時(shí)，通電直導(dǎo)線A所受到的安培力方向水平向______．4．如圖5所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，一根粗細(xì)均勻的通電導(dǎo)線置于水平桌面上，此時(shí)導(dǎo)線對(duì)桌面有壓力作用，要使導(dǎo)線對(duì)桌面的壓力為零，下列措施中可行的是()A．增大電流強(qiáng)度B．減小磁感應(yīng)強(qiáng)度C．使電流反向D．使磁場(chǎng)反向5．如圖6所示，A為一水平放置的橡膠盤(pán)，帶有大量均勻分布的負(fù)電荷，在圓盤(pán)正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖中所示，當(dāng)圓盤(pán)沿圖中所示方向高速繞中心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是()A．豎直向上B．豎直向下C．水平向里D．水平向外6.如下所示的四個(gè)圖中，磁感線方向或平行紙面或垂直紙面，平行于紙面的導(dǎo)體ab中通有a→b的電流，當(dāng)將ab導(dǎo)體以a端為軸，從圖示位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角(始終在紙面內(nèi))的過(guò)程中，通電導(dǎo)體所受安培力方向不發(fā)生變化的是()7.把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái)，使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸，并使它組成如圖8所示的電路．當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通后將看到的現(xiàn)象是()A．彈簧向上收縮B．彈簧被拉長(zhǎng)C．彈簧上下跳動(dòng)D．彈簧仍靜止不動(dòng)8．如圖9中①②③所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有三個(gè)通電線圈處于如下圖中所示的位置，則()A．三個(gè)線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)B．只有②中的線圈可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)C．只有①②中的線圈可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)D．只有②③中的線圈可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)9．如圖10甲所示是磁電式電表的結(jié)構(gòu)圖，圖乙是磁極間的磁場(chǎng)分布圖，以下選項(xiàng)中正確的是()①指針?lè)€(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁力矩方向是相反的②通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大③在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)④在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而與所處位置無(wú)關(guān)A．①②B．③④C．①②④D．①②③④10.在傾角為α的光滑斜面上，置一通有電流I，長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，如圖11所示，試問(wèn)：(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值和方向．(2)欲使棒靜止在斜面上且對(duì)斜面無(wú)壓力，外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向．11．如圖12所示，導(dǎo)軌間的距離L＝0.5m，B＝2T，ab棒的質(zhì)量m＝1kg，物塊重G＝3N，ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝10V，r＝Ω，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，ab棒電阻也不計(jì)，問(wèn)R的取值范圍怎樣時(shí)棒處于靜止?fàn)顟B(tài)？(g取10m/s2)答案：例1.答案C解析要使繩子的拉力變?yōu)榱?，加上磁?chǎng)后，應(yīng)使導(dǎo)線所受安培力等于導(dǎo)線的重力，由左手定則可判斷，所加磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向里，導(dǎo)線所受安培力向上例2.答案BCD解析據(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(chǎng)力有最大值為F＝BIL＝×2×N＝N．當(dāng)兩方向平行時(shí)，磁場(chǎng)力有最小值為0N．隨著二者方向夾角的不同，磁場(chǎng)力大小可能在N與0N之間取值.例3.解析對(duì)金屬棒進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律可得：當(dāng)金屬棒中的電流為5A時(shí)BI1L－F阻＝0當(dāng)金屬棒中的電流為8A時(shí)BI2L－F阻＝ma由①②整理方程組可得：B＝eq\f(ma,(I2－I1)L)＝eq\f×2,(8－5)×2)T＝T答案T例4.[解析]由閉合電路歐姆定律得：E=IR，導(dǎo)體桿受力情況如圖所示，則由共點(diǎn)力平衡條件可得F安=mgtanθ，F(xiàn)安=BId，由以上各式可得出E=mgRtanθ/Bd．例5.答案C解析同向環(huán)形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力必大小相等，所以選C項(xiàng)課后練習(xí)1.答案BCD2.答案C3.答案右右解析由圖可知，直導(dǎo)線A位于導(dǎo)線環(huán)B產(chǎn)生的垂直向里的磁場(chǎng)中，根據(jù)左手定則，可判斷導(dǎo)線A受到的安培力方向向右．當(dāng)A、B中的電流方向改變時(shí)，A導(dǎo)線處于導(dǎo)線B產(chǎn)生垂直向外的磁場(chǎng)中，同時(shí)導(dǎo)線A的電流方向改變，依據(jù)左手定則可以判定，A受安培力仍水平向右．4.答案A5.答案C解析根據(jù)圓盤(pán)帶電性質(zhì)和旋轉(zhuǎn)方向，可知圓盤(pán)上方磁場(chǎng)向上，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線受力水平向里．6.答案AB7.答案C解析當(dāng)彈簧在重力作用下與液面接觸后構(gòu)成回路，開(kāi)關(guān)S接通螺線管每一環(huán)中電流方向同向，相互吸引而收縮，收縮后電路斷路，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)，電路又重新接通，如此往復(fù)．8.答案B解析①線圈中導(dǎo)線受力在水平方向；②線圈中導(dǎo)線受一轉(zhuǎn)動(dòng)力矩；③線圈中導(dǎo)線不受力．9.答案C解析當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩增大到與安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即兩力矩大小相等、方向相反，故①正確．磁電式電流表蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，均勻輻向分布的磁場(chǎng)特點(diǎn)是大小相等、方向不同，故③錯(cuò)，④正確．電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，故②正確，故C正確．10.答案(1)eq\f(mgsinα,IL)垂直斜面向上(2)eq\f(mg,IL)水平向左解析(1)棒在斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，故受力平衡．棒共受三個(gè)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(chǎng)力的變化而變化；磁場(chǎng)力始終與磁場(chǎng)方向及電流方向垂直，大小隨磁場(chǎng)方向不同而改變，但由平衡條件知：斜面彈力與磁場(chǎng)力的合力必與重力mg等大反向，故當(dāng)磁場(chǎng)力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時(shí)，安培力最小Fmin＝mgsinα，所以B＝eq\f(mgsinα,IL)，由左手定則知：B的方向應(yīng)垂直于斜面向上．(2)棒靜止在斜面上，又對(duì)斜面無(wú)壓力，則棒只受兩個(gè)力作用，即豎直向下的重力mg和磁場(chǎng)力F，由平衡條件知F＝mg，且磁場(chǎng)力F豎直向上，所