優(yōu)選教案：高中物理人教版 選擇性必修 第二冊 磁場對通電導(dǎo)線的作用力

教案上課時間：年月日題課選擇性必修二第一章第1節(jié)：磁場對通電導(dǎo)線的作用力2（有效長度與力學綜合問題）課型新課時1教學目標1.會處理彎曲導(dǎo)線受到的安培力的方向和大小害類型的問題。2.會處理涉及到安培力的運動分析、受力分析和能量分析問題。學習重點涉及到安培力的方向及大小類的綜合問題學習難點分析與綜合能力教學過程教學環(huán)節(jié)（含備注）教學內(nèi)容引入新課講授新課課后作業(yè)一.引入新課安培力大小的計算公式及各字母的含義是什么？如果同一平面內(nèi)的通電彎曲導(dǎo)線放置在垂直于該平面的磁場中，如何計算其安培力大??？二.進行新課（一）有效長度例1：如圖所示，在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流均為I，磁感應(yīng)強度均為B，求各導(dǎo)線受到的安培力F的大小。解析A圖中，B⊥I，故F＝BIL；B圖是兩根導(dǎo)線組成的折線abc，整體受力實質(zhì)上是兩部分直導(dǎo)線分別受力的矢量和，其有效長度為ac，故F＝eq\r(2)BIL；C、D、E圖中F＝0。結(jié)論：同一平面內(nèi)的通電彎曲導(dǎo)線放置在垂直于該平面的磁場中，有效長度等于曲線兩端點連線的長度，如D選項，dabc有效長度等于dc線段長度，電流方向等效為從d流向c,受到的安培力方向垂直于dc向上。（二）安培力的動態(tài)分析例2：如圖所示，把一通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當導(dǎo)線中通過如圖所示方向的電流I時，試判斷導(dǎo)線的運動情況。解析根據(jù)圖甲所示的導(dǎo)線所在處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動情況，將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，AO、BO段所在處的磁場方向如圖甲所示，由左手定則可得AO段受安培力的方向垂直紙面向外，BO段受安培力的方向垂直紙面向里，從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時的特殊位置判斷其上下運動情況，如圖乙所示，導(dǎo)線AB此時受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運動。由上述兩個特殊位置的判斷可知，當導(dǎo)線不在上述的特殊位置時，所受安培力使導(dǎo)線AB逆時針轉(zhuǎn)動，同時向下運動。答案由上向下看導(dǎo)線逆時針轉(zhuǎn)動，同時向下落。（三）閉合電路歐姆定律與安培力結(jié)合如圖所示，在傾角為θ＝30°的斜面上，固定一寬L＝0.25m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器R，電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝1Ω，一質(zhì)量m＝40g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好，整個裝置處于磁感應(yīng)強度B＝0.8T、垂直于斜面向上的勻強磁場中，金屬棒的有效電阻R1＝1Ω(導(dǎo)軌電阻不計)，金屬導(dǎo)軌與金屬棒之間的最大靜摩擦力為0.1N，取g＝10m/s2.(1)判斷金屬棒所受到的安培力的方向；(2)要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止，求滑動變阻器R接入電路的阻值范圍。解析(1)根據(jù)左手定則可知，金屬棒所受到的安培力的方向沿斜面向上。(2)由題意可知，當滑動變阻器R接入電路中的電阻最大時，回路中電流最小，金屬棒剛好不下滑，由平衡條件可得mgsinθ＝BIminL＋fmax，解得Imin＝0.5A，由閉合電路歐姆定律可得E＝Imin(Rmax＋R1＋r)，滑動變阻器接入電路中的最大電阻Rmax＝eq\f(E,Imin)－R1－r＝22Ω；當滑動變阻器R接入電路中的電阻最小時，回路中電流最大，金屬棒剛好不上滑，由平衡條件可得mgsinθ＋fmax＝BImaxL，解得Imax＝1.5A，由閉合電路歐姆定律可得E＝Imax(Rmin＋R1＋r)，滑動變阻器接入電路的最小電阻Rmin＝eq\f(E,Imax)－R1－r＝6Ω，故滑動變阻器R接入電路中的阻值范圍為6Ω≤R≤22Ω。答案(1)沿斜面向上(2)6Ω≤R≤22Ω（四）涉及安培力的功與能分析如圖所示，電源電動勢為3V，內(nèi)阻不計，質(zhì)量為60g、長為1m、電阻為1.5Ω的導(dǎo)體棒放在兩個固定光滑絕緣環(huán)上，若已知絕緣環(huán)半徑為0.5m，空間存在豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝0.4T。當開關(guān)閉合后(sin37°＝0.6，g取10m/s2)，則()A．導(dǎo)體棒能在某一位置靜止，在此位置上導(dǎo)體棒對每一只環(huán)的壓力為1NB．導(dǎo)體棒從環(huán)的底端由靜止釋放能上滑至最高點的高度差是0.2mC．導(dǎo)體棒從環(huán)的底端由靜止釋放，上滑過程中最大動能是0.2JD．導(dǎo)體棒從環(huán)的底端由靜止釋放，上滑過程中速度最大時對兩環(huán)的壓力為1N解析根據(jù)歐姆定律，電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(3V,1.5Ω)＝2A，導(dǎo)體棒所受安培力FA＝BIL＝0.8N，方向垂直紙面向外，重力G＝mg＝0.6N，重力和安培力垂直，都是恒力，故重力和安培力的合力大小F＝eq\r(F\o\al(2,A)＋G2)＝1N，設(shè)支持力與豎直方向夾角為θ，tanθ＝eq\f(FA,G)＝eq\f(4,3)，則θ＝53°，支持力方向與豎直方向的夾角為53°時，導(dǎo)體棒能在某一位置靜止，如圖所示。如果導(dǎo)體棒靜止，根據(jù)平衡條件，有N＝F＝1N，故在此位置上導(dǎo)體棒對每一只環(huán)的壓力為0.5N，故A項錯誤；由于圖示位置與環(huán)的底端的高度差為h＝r－rcos53°＝0.2m，而在該位置導(dǎo)體棒的速度最大，故不是最高點，故B項錯誤；從最低點到圖示位置，根據(jù)動能定理，有FArsin53°－mgr(1－cos53°)＝eq\f(1,2)mv2，解得eq\f(1,2)mv2＝0.2J，故C項正確；在圖示位置，重力、安培力、支持力的合力提供導(dǎo)體棒做圓周運動的向心力，其中重力和安培力的合力為圖中的F，根據(jù)牛頓第二定律，有N－F＝meq\f(v2,r)，結(jié)合eq\f(1,2)mv2＝0.2J，解得N＝1.8N，根據(jù)牛頓第三定律可知，導(dǎo)體棒對兩環(huán)的壓力為1.8N，故D項錯誤。答案C（五）總結(jié)1．分析安培力作用下物體的平衡問題應(yīng)注意以下兩點(1)必須先將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，然后對物體進行受力分析，要注意安培力方向的確定，最后根據(jù)平衡條件或物體的運動狀態(tài)列出方程。(2)注意靜摩擦力可以有不同的方向，因而求解結(jié)果是一個范圍。2．分析導(dǎo)體在磁場中運動情況的幾種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)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特殊位置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向結(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，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，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作用力，從而確定磁體所受合力及其運動方向三.課堂練習