334通电导线在磁场中受到的力学案

1、334通电导线在磁场中受到的力学案课前自主学珂自主学习教材独直思考问题一、安培力的方向1. 安培力：通电导线在 中受的力.2. 决定安培力方向的因素： 和磁感应强度方向.3 左手定则：如图所示，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.让从掌心进入,并使四指指向 ,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向.4. 安培力的特点F丄B, F丄I,即F垂直于决定的平面.5. 平行通电导线间的作用力：电流方向相同，两导线相互 ,电流方向相反，两导线相互 二、安培力的大小1 .当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为：F=.2. 当磁感应强度B的方向与通电导线平行

2、时，导线受力F=.3. 当磁感应强度B的方向与通电导线方向成B角时，F=.为B与I的夹角.、磁电式电流表.根1 .原理：通电线圈在磁场中受到 而偏转线圈偏转的角度越大 ，被测电流就据线圈,可以知道被测电流的方向.F2 .构造：、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴.3 .特点：两磁极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿 方向，保证线圈转动时，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.使线圈平面总与磁场方向 ,使表盘刻度均匀，如图所示.4. 优点：灵敏度高，可以测出 的电流.缺点：线圈导线很细 ，允许通过的电流很弱分析问题惜境提烁掇心要点一、安培力的方向问题情境如

3、图所示，用一蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡可以看到灯丝颤抖起来，你能 解释一下灯丝为什么会 “颤抖”吗？1. 电场力是怎样产生的？安培力呢？2. 安培力的方向与哪些因素有关？如何来判断？3. 安培力的方向、磁场方向、电流方向在同一平面内吗？4. 平行通电直导线间的作用力是怎样产生的？什么情况下两导线相吸引？什么情况下相排斥?要点提炼手定则一一安培力的方向判断伸开手，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.问题延伸安培定则又称手螺旋定则，是判断电流产生的磁场方向的；左手定则是判断电流在

4、磁场中所受安培力方向的.二、安培力的大小问题情境1 .磁感应强度B是如何定义的？表达式是怎样的？式中的F指的是什么？2. 磁感应强度的方向与导线方向必须垂直吗？若不垂直如何计算安培力大小.要点提炼安培力大小的公式表述：当B与I垂直时，F= BIL.当B与I成B角时，F= BIL sin 0, B是B与I的夹角.问题延伸1 .弯曲导线的有效长度 L ,等于连接两端点直线的长度 （如图所示）;相应的电流沿L由始端流向末端.2. 公式F = IBL sin 0中的Lsin 0也可以理解为垂直于磁场方向的"有效长度”.X X X S X X X3. 用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中三

5、、磁电式电流表问题情境1. 磁电式电流表的构造是怎样的？2. 磁电式电流表的原理是什么？3. 磁电式电流表优、缺点是什么?问题延伸1 .线圈通入的电流越大，指针偏转的角度 ,指针偏转的角度和电流成 2.通电线圈中的电流方向改变时，线圈受到的安培力方向 ，指针的偏转也 .师生互动探究总结规律方迭例1将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图5所示.已知磁感应强度为1 T,试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向.B变式训练1如图所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向.C、D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试

6、判断电流方向并在图中标出.C例2 一条形磁铁放在水平桌面上，在它的上方靠 S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图中只画出此棒的横截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的 ，在通电的一瞬间可能产生的情况是（）A 磁铁对桌面的压力减小-B 磁铁对桌面的压力增大| £D 磁铁受到向左的摩擦力变式训练2如图所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈（）A 向左运动B.向右运动C 静止不动D .无法确定例3在倾角为a的光滑斜面上，置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示，试问: （1）欲使棒静止在斜面上

7、，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向.（2）欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向.变式训练3如图所示,用两根轻细悬线将质量为 m、长为L的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于竖 直向上的匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向 B角，棒处于平衡状态.则 磁感应强度B为多少？为了使棒平衡在该位置上 ，所需磁场的最小磁感应强度 B为多少？方向如何？【即学即练】1. 下列关于磁电式电流表的说法中 ，正确的是（）A. 电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用B. 电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用C .电流表指针的偏转角与所通电流

8、的大小成正比D .电流表指针的偏转角与所通电流的大小成反比0.5 T的匀强磁场中，则其受到的磁场2. 一根长为0.2 m、通有2 A电流的通电导线放在磁感应强度为 力的大小可能是（）A . 0.4 NB . 0.2 NC . 0.1 N3. 一根有质量的金属棒 MN两端用细软导线连接后悬挂于 a、b两点，棒的中部处 于方向垂直纸面向里的匀强磁场中 ，棒中电流方向从 M流向N,如图所示，此时 棒受到导线对它的拉力作用为使拉力等于零 ，可以（ ）A.适当减小磁感应强度B .适当增大电流C .使磁场反向D .使电流反向4. 质量为m、长度为L的导体棒MN静止在水平导轨上.通过 MN的电流为I,匀强磁

9、场的磁感应 强度为B,与导轨平面成B角斜向上，如图所示.求 MN受到的支持力和摩擦力的大小.参考答案课前自主学习一、1磁场 2.电流方向 3.磁感线电流的方向 安培力4.B和I 5.吸引排斥二、1.ILB 2.0 3.ILB sin 0三、1.安培力 越大 偏转的方向2.磁铁 3.半径 平行4.很弱核心知识探究、问题情境1. 电场力是电荷在电场中受到的力；安培力是通电导线在磁场中受到的力.2. 实验证明：通电导线受力的方向与磁场方向、电流方向有关安培力的方向由左手定则来判断.3不在同一平面内，通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直.4两条平行的通电直导线是通过磁场发

10、生相互作用的，且“同向电流相吸引，异向电流相排斥”.当a、b两导线中通有同向电流，导线a中的电流产生的磁场在其右侧都垂直于纸面向里，如图甲所示,这个磁场对通电直导线 b的作用力Fab的方向由左手定则可知为在纸面内向左同理，导线b中的电流产生的磁场对导线a的安培力Fba方向应在纸面内向右，因此通有同向电流的两导线间的作用力表现为相互吸引.当a、b两导线中通有反向电流时如图乙所示，用上述同样方法可判断.T乙要点提炼左左磁感线问题延伸右二、问题情境1 .通过引入电流元IL ,采用比值法来定义的表达式为B = F; F是直导线与磁场垂直时受到的安培力.2可以垂直，也可以不垂直，若不垂直则将 B分解为垂

11、直于电流方向的B2= Bsin 0和沿电流方向的B1= Bcos 0, B对I的作用可用 Bj、B2对电流的作用等效替代 ，F= F“+ F? = 0+ B2IL = BIL sin 0.三、问题情境1 最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈.2 通电线圈在磁场中受安培力而转动.3 磁电式电流表优点：刻度均匀，灵敏度高；缺点：量程小 ，正常使用时必须进行改装.问题延伸1 越大正比 2.反向反向解题方法探究例1 (1)0 (2)0.02 N ;安培力方向垂直导线水平向右；(3)0.02 N ;安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上；1.732 X 10_2n ,方向垂直纸面向里.解析 由左手

12、定则和安培力的计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以导线所受安培力为零.(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F2= BIL = 1X 0.1 X 0.2 N = 0.02 N.安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F3= BIL = 0.02 N. (4)安培力的方向垂直纸面向里，大小F4= BIL sin260 °= 1.732X 10- N变式训练1 A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里.解析 磁场的方向、电流的方向、安培力的方向三者遵守左手定则，电流的方向跟磁场的方向可以不 垂直，但安培力的方向一定垂直

13、于磁场和电流所决定的平面.例2 AD 对导体棒，通电后，由左手定则，导体棒受到斜向左下的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上，所以在通电的一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左 的摩擦力，因此A、D正确.变式训练2 A方法一：等效法.把通电线圈等效成小磁针.由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动.方法二：电流元法.如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性，线圈所受安培力的 合力水平向左，故线圈向左运动.例3（i）mgsna,方向垂直斜面向上 ,方向水平向左解析（1）棒在斜面上处于静止状态，故受力平衡.棒共受三

14、个力作用：重力大小为mg,方向竖直向下；弹力垂直于斜面，大小随磁场力的变化而变化；磁场力始终与磁场方向及电流方向垂直，大小随 磁场方向不同而改变，但由平衡条件知：斜面弹力与磁场力的合力必与重力mg等大反向，故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时，安培力最小Fmin = mgsin a,所以B =晋严,由左手定则知：B的方向应垂直斜面向上.（2）棒静止在斜面上，又对斜面无压力，则棒只受两个力作用，即竖直向下的重力 mg和磁场力F作用, 由平衡条件知F= mg,且磁场力F竖直向上，所以 BIL = mg,故B =賈，由左手定则知 B的方向水 平向左变式训练3 n 0 fLsin 0,方向平行于

15、悬线向上解析 画出从右侧看逆着电流方向的侧视图，如图甲所示金属棒在重力mg、悬线拉力Ft、安培力mgF三个力的作用下处于平衡状态由共点力平衡条件得F= ILB = mgtan 0,所以 B = "jLtan 0要求所加 磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向 不变，由画出的力的三角形可知（如图乙），安培力的最小值为Fmin = mgsin 0,即ILB min = mgsin 0,所以Bmin = sin 0,所加磁场的方向应平行于悬线向上.B/Ft的方向线乙即学即练1 . BCB与电流I的方向垂直时，磁场力有最大值，为：F =2. BCD 根据安培力的定义，当磁感应强度BIL = 0.5送0.2 N = 0.2 N;当B与I的