2019_2020版高中物理第三章磁场4通电导线在磁场中受到的力教案新人教版.docx

4通电导线在磁场中受到的力学科素养与目标要求物理观念：1.知道安培力的概念，掌握安培力的公式.2.知道左手定则的内容.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理科学思维：1.会用左手定则判定安培力的方向.2.会用安培力的公式FILBsin 进行有关计算一、安培力的方向1安培力：通电导线在磁场中受的力2左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向3.安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：FB，FI，即F垂直于B与I所决定的平面二、安培力的大小1垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为FILB.2当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，公式FILBsin.三、磁电式电流表1原理：安培力与电流的关系通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向2构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴3特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直线圈平面与磁场方向平行，如图1所示图14优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱1判断下列说法的正误(1)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向()(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零()(3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的()(4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大()2如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向图2答案(1)ILB垂直于导体棒斜向左下(2)ILB垂直纸面向外(3)ILB垂直于导体棒斜向右下(4)0一、安培力的方向按照如图所示进行实验(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变；(2)受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则1安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面(1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向应用左手定则时，磁感线斜着穿过掌心2平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥例1画出图3中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)图3答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则学科素养例1用左手定则来判断安培力的方向，这是从物理学视角对客观事物的内在规律及相互关系进行分析，是对基于经验事实构建的理想模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养二、安培力的大小(1)在如图所示的探究安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)当导线和磁场方向的夹角为时，它受到的安培力多大？答案(1)FBIL(2)0(3)BILsin 解析(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则BBsin ，FBILBILsin .1公式FILBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响2公式FILBsin 中L指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图43公式FILBsin 中是B和I方向的夹角：(1)当90时，即BI，sin 1，公式变为FILB.(2)当0时，即BI，F0.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()答案A解析A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误例3如图5所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中ABBCCDDEl，且C120、BD150.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为()图5A2BIl B(2)BIlC(2)BIl D4BIl答案C解析据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：L等(2)l.据安培力公式得FBIL等(2)BIl，故A、B、D错误，C正确三、安培力的实际应用例4(2018北京市朝阳区高二上期末)一种可测量磁感应强度大小的实验装置，如图6所示磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场其余区域磁场的影响可忽略不计此时电子测力计的示数为G1.将一直铜条AB水平且垂直于磁场方向静置于磁场中两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成回路闭合开关，调节滑动变阻器的滑片当电流表示数为I时，电子测力计的示数为G2，测得铜条在匀强磁场中的长度为L.铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是()图6A铜条所受安培力方向竖直向下B铜条所在处磁场的磁感应强度大小为C铜条所在处磁场的磁感应强度大小为D铜条所在处磁场的磁感应强度大小为答案C解析由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A错误；由牛顿第三定律可知，导体棒对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，由平衡知识可知：G2G1BIL，解得B，选项C正确，B、D错误.1(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是()答案C解析A图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；B图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B错误；C图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C正确；D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D错误2(安培力的大小)如图7所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力分别为：图7FA，FB，FC，FD.答案BILcos BILBIR03.(安培力的大小)如图8所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈，边长为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在磁场内某时刻，线圈中通过大小为I的电流，则此线圈所受安培力的大小为()图8A.BIL B.nBIL CnBIL D.nBIL答案D4(磁电式电流表)(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表这种电流表的构造如图9甲所示蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的当线圈通以如图乙所示的恒定电流(b端电流流向垂直纸面向内)，下列说法正确的是()图9A当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上B线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小D电流表表盘刻度均匀答案BD解析由左手定则可判定：当线圈在如题图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故A错误；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则线圈受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，故B正确；线圈中通过的电流越大，线圈受到的安培力越大，指针偏转的角度越大，C错误；在线圈转动的范围内，线圈平面始终与磁感线平行，且磁感应强度大小相等，故各处安培力大小相同，表盘刻度均匀，D正确一、选择题考点一安培力的方向1在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是()答案C解析根据左手定则可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误本题选错误的，故选C.2.如图1所示，在xOy平面中有一通电直导线与Ox、Oy轴相交，导线中电流方向如图所示该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同该磁场的磁感应强度的方向可能是()图1A沿z轴正方向B沿z轴负方向C沿x轴正方向D沿y轴负方向答案D解析由电流方向、受力方向，根据左手定则可以判断出，磁感应强度的方向沿y轴的负方向，或者沿x轴的负方向都是可能的，故D正确3.如图2所示，把一根通电的硬直导线ab用绝缘轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S，导线a端所受安培力的方向是()图2A向上B向下C垂直纸面向外D垂直纸面向里答案D解析根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧根据左手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确4.(2018大连市高二上期末)2017年1月25日，在中央电视台CCTV10频道播出的节目中，海军电力工程专家马伟明院士表示，正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射工作的电磁炮的原理如图3所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是()图3A竖直向上 B竖直向下C水平向左 D水平向右答案C解析由左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力的方向是水平向左，故选C.5(多选)(2017全国卷)如图4，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反下列说法正确的是()图4AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1答案BC解析因三根导线中电流相等、两两等距，则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图中几何关系可知，L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行，L3所受磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直，A错误，B正确设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F，则由几何关系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos 60F，L3单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos 30F，故C正确，D错误考点二安培力的大小6.如图5所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为()图5AFaFbFc BFaFbFcCFbFaFc DFaFbFc答案D解析设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：FaBILa；FbBILbBId；c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有：FcBId；因为Lad，则有：FaFbFc.7如图6所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()图6答案A解析四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据FNBIl，A所受磁场力最大，当磁场发生微小变化时，A线圈对应的天平最容易失去平衡8(2018上饶市高二上期末)如图7所示，一个边长为L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，若通以图示方向的电流(从A点流入，从C点流出)，电流强度为I，则金属框受到的磁场力为()图7A0 B. CBIL D2BIL答案C9(2018盐城市阜宁县高二上期中)如图8所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是()图8Aab边与bc边受到的安培力大小相等Bcd边受到的安培力最大Ccd边与ad边受到的安培力大小相等Dad边不受安培力作用答案B解析因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力FabBLabI，而bc边平行于磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误；cd边垂直于磁场，且长度最长，所以其受到的安培力最大，故B正确；ad边与cd边虽然长度相等，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场垂直，所以受到的安培力大小不相等，故C错误；ad边受到安培力作用，故D错误考点三安培力的实际应用10(多选)如图9甲所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音俯视图乙表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面平行于纸面)，磁场方向如图中箭头所示，在图乙中()图9A当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里B当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外C当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里D当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外答案BC解析将线圈看作由无数小段直导线组成，由左手定则可以判断，当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，选项B正确，A错误；当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，选项C正确，D错误11如图10甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则()图10A该磁场是匀强磁场B该线圈的磁通量为BL2Ca导线受到的安培力方向向下Db导线受到的安培力大小为BIL答案D解析匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，该磁场明显不是匀强磁场，故A错误；线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；a导线电流向外