2019-2020年高中物理 3.4《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》學(xué)案 新人教版選修3-1.doc
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2019-2020年高中物理 3.4《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》學(xué)案 新人教版選修3-1 【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】 1、本節(jié)通過(guò)控制變量的方法探究安培力的方向,得出左手定則,通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義得出安培力的計(jì)算公式,進(jìn)而拓展到磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用效果,使大家認(rèn)識(shí)磁電式電流表的工作原理。通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí),應(yīng)會(huì)用公式F=BIL解答有關(guān)問(wèn)題、知道左手定則的內(nèi)容,并會(huì)用它解答有關(guān)問(wèn)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(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí),安培力、磁場(chǎng)、電流構(gòu)成如圖3-4-1的三維直角坐標(biāo)系.當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向不垂直時(shí),安培力、磁場(chǎng)的垂直分量、電流構(gòu)成如圖所示的三維直角坐標(biāo)系.盡管磁場(chǎng)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(shí)也垂直于磁場(chǎng)方向,即垂直于_____方向和_______方向所構(gòu)成的平面. 3、安培力的大小:在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,通電導(dǎo)線受到的安培力的計(jì)算公式為____________.非勻強(qiáng)磁場(chǎng)可以看成是很多個(gè)大小、方向不同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的組合,通電導(dǎo)線在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(gè)特殊的磁場(chǎng)分布,磁場(chǎng)方向沿著____________________,電流通過(guò)電流表的矩形線圈時(shí),線圈的兩條邊線始終與磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng),同時(shí)螺旋彈簧被收緊,將產(chǎn)生一個(gè)______的轉(zhuǎn)動(dòng)效果,當(dāng)兩種轉(zhuǎn)動(dòng)效果抵消時(shí),指針會(huì)指在一個(gè)相應(yīng)的位置,從而指示出電流值。 電流表的靈敏度很高,是指通過(guò)很小的電流時(shí),指針就可以偏轉(zhuǎn)較大的角度。在使用電流表時(shí),允許通過(guò)的電流一般都很小,使用時(shí)應(yīng)該特別注意。 【范例精析】 例1、 試用電流的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力的原理,證明通有同向電流的導(dǎo)線相互吸引,通有異向電流的導(dǎo)線相互推斥力. 解析:如圖3-4-2所示,研究a對(duì)b的磁場(chǎng)力:(1)根據(jù)安培定則畫出電流a在導(dǎo)線b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布圖;(2)根據(jù)左手定則可知通電導(dǎo)線b受到的磁場(chǎng)力是向左的;(3)根據(jù)牛頓第三定律,可知通電導(dǎo)線a受到的磁場(chǎng)力是向左的,即通有同向電流的平行導(dǎo)線相互吸引.同理可得通有異向電流的平行導(dǎo)線是相互推斥的. 拓展:兩根平行的通電導(dǎo)線之間有力的作用,這是實(shí)驗(yàn)所證明的結(jié)論,通電導(dǎo)線之間的作用力是通過(guò)磁場(chǎng)相互作用的.有些同學(xué)在研究?jī)筛鶎?dǎo)線之間的相互作用力時(shí),同時(shí)畫出兩根導(dǎo)線在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)是沒(méi)有必要的,也是思路不清的表現(xiàn),兩根導(dǎo)線之間的作用是通過(guò)各自的磁場(chǎng)對(duì)另一方作用的,不是兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用。 例2、如圖3-4-3所示,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒AB靜止在水平導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng),已知電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,導(dǎo)體棒的電阻為R,其余接觸電阻不計(jì),磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)體棒斜向上與水平面的夾角為θ,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求軌道對(duì)導(dǎo)體棒的支持力和摩擦力. 解析:涉及安培力時(shí)的物體的平衡問(wèn)題,通過(guò)對(duì)通電棒的受力分析,根據(jù)共點(diǎn)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(diǎn)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(guān)安培力的典型問(wèn)題,必須作好受力分析圖,原題給出的是立體圖是很難進(jìn)行受力分析,應(yīng)畫出投影圖,養(yǎng)成良好的受力習(xí)慣是能力培養(yǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié). 【能力訓(xùn)練】 1.關(guān)于安培力的說(shuō)法中正確的是(C ) A.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受安培力的作用 B.安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比,與電流成正比,而與其他量無(wú)關(guān) C.安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和通電導(dǎo)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(dǎo)線 2.下圖所示的四種情況,通電導(dǎo)體均置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其中通電導(dǎo)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,通入A→C方向的電流時(shí),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(chǎng)方向,適當(dāng)增大電流 B、只改變電流方向,并適當(dāng)減小電流 C、不改變磁場(chǎng)和電流方向,適當(dāng)減小磁感強(qiáng)度 D、同時(shí)改變磁場(chǎng)方向,并適當(dāng)增大磁感強(qiáng)度 4.一根長(zhǎng)直導(dǎo)線穿過(guò)載流金屬環(huán)中心且垂直與金屬環(huán)的平面,導(dǎo)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(dòng),線圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行,線圈中電流方向如圖,當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)時(shí),線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)?(B ) A.方向沿x軸的恒定磁場(chǎng) B.方向沿y軸的恒定磁場(chǎng) C.方向沿z軸的恒定磁場(chǎng) D.方向沿z軸的變化磁場(chǎng) 6.如圖3-4-7所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度B.天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈,寬為L(zhǎng),共N匝,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面.當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時(shí),在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼,天平平衡.當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí),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(zhǎng)直導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直,給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流,則(A ) A、磁鐵對(duì)桌面壓力減小,不受桌面的摩擦力作用 B、磁鐵對(duì)桌面壓力減小,受到桌面的摩擦力作用 C、磁鐵對(duì)桌面壓力增大,不受桌面的摩擦力作用 D、磁鐵對(duì)桌面壓力增大,受到桌面的摩擦力作用 8.在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.3T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,放置一根長(zhǎng)=10cm的直導(dǎo)線,導(dǎo)線中通過(guò)I=2A的電流.求以下情況,導(dǎo)線所受的安培力:(1)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直;(2)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角為30;(3)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向平行. 0.060N 0.030N 0 9.在兩個(gè)傾角均為的光滑斜面上,放有一個(gè)相同的金屬棒,分別通以電流I1和I2,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度的比值I1:I2為多少? ?。薄胏osα 10.如圖3-4-10所示,兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流,a受到的磁場(chǎng)力大小為F1.當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,a受到磁場(chǎng)力大小變?yōu)镕2,則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)椋ˋ ) A、F2 B、F1-F2 C、F1+F2 D、2F1-F2 11.如圖3-4-11所示,長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線AB放在相互平行的金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌寬度為d,通過(guò)的電流為I,垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則AB所受的磁場(chǎng)力的大小為(C ) A.BIL B.BIdcosθ C.BId/sinθ D.BIdsinθ 12.應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(cè)出通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力大小,從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。 整個(gè)裝置如圖3-4-12甲所示,它的橫臂(圖3-4-12乙)能繞通過(guò)點(diǎn)和的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的左右兩側(cè)臂長(zhǎng)相等。在軸的一側(cè),沿著橫臂的邊沿固定一條U形絕緣導(dǎo)線,這樣在天平的一端就有了一段短直線CD,它的長(zhǎng)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(dǎo)線的一端放入待測(cè)的磁場(chǎng)中,如圖3-4-13所示,然后給U形導(dǎo)線通電,如果磁場(chǎng)方向和U形導(dǎo)*線中的電流方向如圖所示,CD段導(dǎo)線就受到一個(gè)向下的安培力,天平因而傾斜,在天平的另一端加上適當(dāng)?shù)捻来a,使天平恢復(fù)平衡,設(shè)待測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是B,U形導(dǎo)線中通過(guò)的電流強(qiáng)度為I,砝碼的質(zhì)量為m,試求出待測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 mg/IL- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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