2019-2020年高中物理 5.4《探究安培力》學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 5.4《探究安培力》學(xué)案 滬科版選修3-1 【知識要點】 一． 安培力 1、磁場對電流的作用力叫做安培力。 （1）大小計算：當(dāng)L∥B時，F(xiàn)= 。 當(dāng)L⊥B時，F(xiàn)= 。（此時安培力最大） ①L是有效長度：彎曲導(dǎo)線的有效長度 等于兩端點所連直線的長度；相應(yīng)的電流方向，沿L 由始端流向未端． 因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度L＝0，所以通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零． ②公式的適用條件：一般只適用于勻強磁場．若B不是勻強磁場，則L應(yīng)足夠短以至可將L所在處的磁場視為勻強磁場． （2）安培力的方向: 方向判定：左手定則。安培力的方向一定垂直于B和I，即總是垂直于B、I所決定的平面。（注意：B和I間可以有任意夾角） 【學(xué)法指導(dǎo)】 一 ．右手螺旋定則（安培定則）與左手定則的區(qū)別 右手螺旋定則（安培定則） 左手定則 作用 判斷電流的磁場方向 判斷電流在磁場中的受力方向 內(nèi)容 具體情況 直線電流 環(huán)形電流或通電螺線管 電流在磁場中 原因 大拇指指向電流的方向 四根手指彎曲方向指向電流的環(huán)繞方向 磁感線穿過手掌心 四指指向電流方向 結(jié)果 四根手指彎曲方向表示磁感線的方向 大拇指指向軸線上的磁感線方向 大拇指指向電流受到的磁場力的方向 二、判定安培力作用下導(dǎo)體運動方向 常用方法有以下四種： 1．電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向．從而判斷出整段電流所受作用力方向，最后確定運動方向． 例1．如圖所示，一個閉合線圈套在條形磁鐵靠近N極的一端，當(dāng)線圈內(nèi)通以圖示方向的電流I時，下列說法中正確的是（ B ） ①線圈圓面將有被拉大的傾向 　 ③線圈將向S極一端平移 ②線圈圓面將有被壓小的傾向 　 ④線圈將向N極一端平移 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 例2．如圖，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流時，從上往下看，導(dǎo)線的運動情況是（ C ） A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 2．特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運動方向． 3．等效法：環(huán)形電流可以等效小磁針，通電螺線管可以等效為條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管． 通電螺線管可以等效成多匝的環(huán)形電流． 例3．用彎曲的導(dǎo)線把一銅片和一鋅片相連裝在一絕緣的浮標(biāo)上，然后把浮標(biāo)放在含有稀硫酸的容器中．設(shè)開始放置時，環(huán)面的軸線為東西向，放手后， 由于地磁場的作用，環(huán)面的軸線將會靜止在　　　向上．整個裝置如圖所示． 例4．如圖所示，水平放置的條形磁鐵N極的附近懸掛著一個能自由運動的圓形導(dǎo)線線圈，線圈與條形磁鐵處在同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)線圈中通以圖示方向的電流時，從上向下看，線圈將（　?。? 例5．實驗表明電流和電流之間也會通過磁場發(fā)生相互作用：兩條平行的直導(dǎo)線當(dāng)通以相同方向的電流時，它們相互吸引；當(dāng)通以相反方向的電流時，它們相互推斥．試解釋之． 例6．兩條通電的直導(dǎo)線互相垂直，但兩導(dǎo)線相隔一小段距離，其中導(dǎo)線AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動．通以圖示方向的直流電后，CD導(dǎo)線將( B) A．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時遠離導(dǎo)線AB D．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時遠離導(dǎo)線AB 4．利用結(jié)論法： （1）兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥． （2）兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢．利用這些結(jié)論分析，可以事半功倍． 例7．如圖所示，在通電長導(dǎo)線的旁邊放一個可以自由移動和轉(zhuǎn)動的矩形通電線圈，線圈和導(dǎo)線在同一平面上，它的a、c兩邊和導(dǎo)線平行．試討論一下線圈各邊的受力情況．線圈在磁場中將怎樣運動？（遠離I方向運動） 【典型例析】 例8．如圖1所示，垂直折線abc中通入I的電流。ab=bc=L，折線所在平面與勻強磁感強度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的電流I）所受安培力，即F1= ，方向同樣由等效電流ac判定為在紙面內(nèi)垂直于ac斜向上，同理可以推知： i 如圖2所示，半圓形通電導(dǎo)線受安培力F2= 圖1 圖3 圖2 ii 如圖3所示，閉合的通電導(dǎo)線框受安培力F3= （ ；F=BI2R；F=0。） 例9、如圖所示為一通電直導(dǎo)線，該導(dǎo)線中每米長度內(nèi)有n個自由電荷，每個自由電荷的電量均為q，它們的定向移動速率均為v，現(xiàn)加一勻強磁場，磁場方向與導(dǎo)線垂直，磁感強度為B，則磁場對這條導(dǎo)線上長度為l一段的安培力大小應(yīng)是（ A ） A．nqvBl B．nqBl/v C．qBl/nv D．qvBl/n 【基礎(chǔ)訓(xùn)練】 1．指出如圖所示六種情況中通電導(dǎo)體棒ab所受的各個力的方向與大小．設(shè)棒長為l，通電電流為I，磁感強度為B，導(dǎo)體棒光滑． 2．質(zhì)量為m的通電細桿ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ．有電流時，ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖所示；下圖是它的四個側(cè)視圖，圖中已標(biāo)出四種可能的勻強磁場方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是（ ） a b c d M N 3．通電矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行，關(guān)于 MN的磁場對線框的作用，下列敘述正確的是（ BC ） A、線框有兩條邊所受的安培力方向相同； B、有兩條邊所受的安培力大小相同； C、線框所受安培力的合力向左； D、線框?qū)⒁詀b邊為軸向外轉(zhuǎn)動； 4．如圖所示。一個位于xy平面內(nèi)的矩形通電線圈只能繞ox軸轉(zhuǎn)動，線圈的四個邊分別與x、y軸平行，線圈中的電流方向如圖，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場時，線圈會轉(zhuǎn)動起來。（B） A．方向沿x軸正向的恒定磁場 B．方向沿y軸的正向恒定磁場 C．方向沿z軸的正向恒定磁場 D．方向沿z軸的正向變化磁場 5、如圖所示，接通電鍵K的瞬間，用絲線懸掛于一點，可自由轉(zhuǎn)動的通電直導(dǎo)線AB 將( ) A.A端向上，B端向下，懸線張力不變； B.A端向下，B端向上，懸線張力不變； C.A端向紙外，B端向紙內(nèi)，懸線張力變??； D.A端向紙內(nèi)，B端向紙外，懸線張力變大。 6．如圖，在XOY平面中有一通電導(dǎo)線與OX、OY軸相交，導(dǎo)線中電流方向如圖所示， 該區(qū)域有勻強磁場，通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向與OZ軸的正方向相同。該磁 場的方向可能是……………………………………………………………（ BD ） A、沿X釉正方向； B、沿X軸負方向； C、沿Z軸正方向； D、沿Y軸負方向。