《物理:3[1]4《磁場對通電導線的作用力》導學案(新人教版選修3-1)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《物理:3[1]4《磁場對通電導線的作用力》導學案(新人教版選修3-1)(6頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、四、磁場對通電導線的作用力
【要點導學】
1、本節(jié)通過控制變量的方法探究安培力的方向,得出左手定則,通過磁感應強度的定義得出安培力的計算公式,進而拓展到磁場對通電線圈的作用效果,使大家認識磁電式電流表的工作原理。通過本節(jié)的學習,應會用公式F=BIL解答有關問題、知道左手定則的內(nèi)容,并會用它解答有關問題,知道磁電式電流表的工作原理。
2、安培力的方向(左手定則):當磁場與電流垂直時,安培力、磁場、電流構(gòu)成如圖3-4-1的三維直角坐標系.當磁場方向與電流方向不垂直時,安培力、磁場的垂直分量、電流構(gòu)成如圖所示的三維直角坐標系.盡管磁場與電流方向可以不垂直,但安培力肯總是直于電流方向、同時也垂直
2、于磁場方向,即垂直于_____方向和_______方向所構(gòu)成的平面.
3、安培力的大?。涸趧驈姶艌鲋?,通電導線受到的安培力的計算公式為____________.非勻強磁場可以看成是很多個大小、方向不同的勻強磁場的組合,通電導線在非勻強磁場中受到的安培力,是每一小段受到的安培力的合力.
4、磁電式電流表:在磁電式電流表中,極靴和鐵質(zhì)圓柱之間構(gòu)成一個特殊的磁場分布,磁場方向沿著____________________,電流通過電流表的矩形線圈時,線圈的兩條邊線始終與磁感應強度方向垂直,受到大恒定的安培力,安培力將促使線圈繞軸轉(zhuǎn)動,同時螺旋彈簧被收緊,將產(chǎn)生一個______的轉(zhuǎn)動效果,當兩種轉(zhuǎn)動
3、效果抵消時,指針會指在一個相應的位置,從而指示出電流值。
電流表的靈敏度很高,是指通過很小的電流時,指針就可以偏轉(zhuǎn)較大的角度。在使用電流表時,允許通過的電流一般都很小,使用時應該特別注意。
【范例精析】
例1、 試用電流的磁場及磁場對電流的作用力的原理,證明通有同向電流的導線相互吸引,通有異向電流的導線相互推斥力.
解析:如圖3-4-2所示,研究a對b的磁場力:(1)根據(jù)安培定則畫出電流a在導線b處產(chǎn)生的磁場分布圖;(2)根據(jù)左手定則可知通電導線b受到的磁場力是向左的;(3)根據(jù)牛頓第三定律,可知通電導線a受到的磁場力是向左的,即通有同向電流的平行導線相互吸引.同理可得通有異
4、向電流的平行導線是相互推斥的.
拓展:兩根平行的通電導線之間有力的作用,這是實驗所證明的結(jié)論,通電導線之間的作用力是通過磁場相互作用的.有些同學在研究兩根導線之間的相互作用力時,同時畫出兩根導線在空間產(chǎn)生的磁場是沒有必要的,也是思路不清的表現(xiàn),兩根導線之間的作用是通過各自的磁場對另一方作用的,不是兩個磁場的相互作用。
例2、如圖3-4-3所示,質(zhì)量為m的導體棒AB靜止在水平導軌上,導軌寬度為L,已知電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,導體棒的電阻為R,其余接觸電阻不計,磁場方向垂直導體棒斜向上與水平面的夾角為θ,磁感應強度為B,求軌道對導體棒的支持力和摩擦力.
解析:涉及安培力時
5、的物體的平衡問題,通過對通電棒的受力分析,根據(jù)共點力平衡方程求解.棒的受力分析圖如圖3-4-4所示
由閉合電路歐姆定律I=E/(R+r)…………①
由安培力公式 F=BIL…………②
由共點力平衡條件 Fsinθ=f…………③
N+Fcosθ=mg…………④
整理得 f=EBLsinθ/(R+r)…………⑤
N=mg-EBLcosθ/(E+r)………………⑥
拓展:本題是有關安培力的典型問題,必須作好受力分析圖,原題給出的是立體圖是很難進行受力分析,應畫出投影圖,養(yǎng)成良好的受力習慣是能力培養(yǎng)過程中的一個重要環(huán)節(jié).
【能力訓練】
6、
1.關于安培力的說法中正確的是(C )
A.通電導線在磁場中一定受安培力的作用
B.安培力的大小與磁感應強度成正比,與電流成正比,而與其他量無關
C.安培力的方向總是垂直于磁場和通電導線所構(gòu)成的平面
D.安培力的方向不一定垂直于通電直導線
2.下圖所示的四種情況,通電導體均置于勻強磁場中,其中通電導線不受安培力的是( C )
3.如圖3-4-5所示,一根質(zhì)量為m的金屬棒AC用軟線懸掛在磁感強度為B的勻強磁場中,通入A→C方向的電流時,懸線張力不為零,欲使懸線張力為零,可以采用的辦法是(AD )
A、不改變電流和磁場方向,適當增大電流
B、只改變電流
7、方向,并適當減小電流
C、不改變磁場和電流方向,適當減小磁感強度
D、同時改變磁場方向,并適當增大磁感強度
4.一根長直導線穿過載流金屬環(huán)中心且垂直與金屬環(huán)的平面,導線和環(huán)中的電流方向如圖3-4-6所示,那么金屬環(huán)受的力:(A )
A.等于零 B.沿著環(huán)半徑向外
C.向左 D.向右
5.如上左3圖所示,一位于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,線圈中電流方向如圖,當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軸的恒定磁場 B.方向沿y軸的恒定磁場
C.方向沿z軸的恒定
8、磁場 D.方向沿z軸的變化磁場
6.如圖3-4-7所示的天平可用來測定磁感應強度B.天平的右臂下面掛有一個矩形線圈,寬為L,共N匝,線圈的下部懸在勻強磁場中,磁場方向垂直紙面.當線圈中通有電流I(方向如圖)時,在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼,天平平衡.當電流反向(大小不變)時,右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后,天平重新平衡.由此可知(B )
A、B方向垂直紙面向里,大小為(m1-m2)g/NI L
B、B的方向垂直紙面向里,大小為mg/2NI L
C、B的方向垂直紙面向外,大小為(m1-m2)g/NI L
D、B的方向垂直紙面向外,大小為
9、mg/2NI L
7.如圖3-4-8所示,條形磁鐵放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根長直導線,導線與磁鐵垂直,給導線通以垂直紙面向外的電流,則(A )
A、磁鐵對桌面壓力減小,不受桌面的摩擦力作用
B、磁鐵對桌面壓力減小,受到桌面的摩擦力作用
C、磁鐵對桌面壓力增大,不受桌面的摩擦力作用
D、磁鐵對桌面壓力增大,受到桌面的摩擦力作用
8.在磁感應強度B=0.3T的勻強磁場中,放置一根長=10cm的直導線,導線中通過I=2A的電流.求以下情況,導線所受的安培力:(1)導線和磁場方向垂直;(2)導線和磁場方向的夾角為30°;(3)導線和磁場方向平行.
0
10、.060N 0.030N 0
9.在兩個傾角均為的光滑斜面上,放有一個相同的金屬棒,分別通以電流I1和I2,磁場的磁感應強度大小相同,方向如圖3-4-9中(a)、(b)所示,兩金屬棒均處于平衡狀態(tài),則兩種情況下的電流強度的比值I1:I2為多少?
1∶cosα
10.如圖3-4-10所示,兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同、方向相反的電流,a受到的磁場力大小為F1.當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后,a受到磁場力大小變?yōu)镕2,則此時b受到的磁場力大小變?yōu)椋ˋ )
A、F2
B、F1-F2
C、F1+F2
11、
D、2F1-F2
11.如圖3-4-11所示,長為L的導線AB放在相互平行的金屬導軌上,導軌寬度為d,通過的電流為I,垂直于紙面的勻強磁場的磁感應強度為B,則AB所受的磁場力的大小為(C )
A.BIL B.BIdcosθ C.BId/sinθ D.BIdsinθ
12.應用通電導線在磁場中受力的原理,可以制成靈敏的電流天平。用電流天平可以測出通電導線在勻強磁場中受力大小,從而求出磁感應強度。
整個裝置如圖3-4-12甲所示,它的橫臂(圖3-4-12乙)能繞通過點和的軸自由轉(zhuǎn)動。軸的左右兩側(cè)臂長相等。在軸的一側(cè),沿著橫臂的邊沿固定一條U形絕緣導線,這樣在天平的一端就有了一段短直線CD,它的長度是L。天平的另一端可以懸砝碼或金屬絲等輕小物體。調(diào)整天平使它平衡,把有U形導線的一端放入待測的磁場中,如圖3-4-13所示,然后給U形導線通電,如果磁場方向和U形導*線中的電流方向如圖所示,CD段導線就受到一個向下的安培力,天平因而傾斜,在天平的另一端加上適當?shù)捻来a,使天平恢復平衡,設待測的磁感應強度是B,U形導線中通過的電流強度為I,砝碼的質(zhì)量為m,試求出待測的磁感應強度。
mg/IL