2020届高三物理一轮教案基本概念安培力

2020届高三物理一轮教案基本概念安培力教学目标：1．把握电流的磁场、安培定那么；了解磁性材料，分子电流假讲2．把握磁感应强度，磁感线，明白地磁场的特点3．把握磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定那么4．了解磁电式电表的工作原理5．能够分析运算通电直导线在复合场中的平稳和运动咨询题。教学重点： 磁场对通电直导线的作用，安培力教学难点： 通电直导线在复合场中的平稳和运动咨询题教学方法： 讲练结合，运算机辅助教学教学过程：一、差不多概念.磁场的产生⑴磁极周围有磁场。⑵电流周围有磁场〔奥斯特〕。安培提出分子电流假讲〔又叫磁性起源假讲〕，认为磁极的磁场和电流的磁场差不多上由电荷的运动产生的。〔但这并不等于讲所有磁场差不多上由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发觉变化的电场也能产生磁场。〕⑶变化的电场在周围空间产生磁场。.磁场的差不多性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用〔对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用〕。这一点应该跟电场的差不多性质相比较。.磁场力的方向的判定磁极和电流之间的相互作用力〔包括磁极与磁极、电流与电流、磁极与电流〕，差不多上运动电荷之间通过磁场发生的相互作用。因此在分析磁极和电流间的各种相互作用力的方向时，不要再沿用初中学过的〝同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引〞的结论〔该结论只有在一个磁体在另一个磁体外部时才正确〕，而应该用更加普遍适用的：〝同向电流互相吸引，反向电流互相排斥〞，或用左手定那么判定。

.磁感线⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向确实是该点的磁场方向，也确实是在该点小磁针静止时 N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。⑵磁感线是封闭曲线〔和静电场的电场线不同〕 。1__,Mh屈国S工，）।111__,Mh屈国S工，）।11A一-J破惠甘分布] 安培定则■做电流的砚场能够认为穿过某个面的磁感线条数确实是磁通量。在匀强磁场磁感线垂直于平面的情形下， 8=中代，因此磁感应强度又叫磁通密度。 在匀强磁场中，当B与S的夹角为a时，有①=BSsina。二、安培力〔磁场对电流的作用力〕.安培力方向的判定〔1〕用左手定那么。TOC\o"1-5"\h\z〔2〕用''同性相斥，异性相吸〃〔只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时〕 。〔3〕用''同向电流相吸，反向电流相斥〔反映了磁现象的电本质〕 。能够把条形磁铁等效为长直螺线管〔不要把长直螺线管等效为条形磁铁〕 。【例1】磁场对电流的作用力大小为 F=BIL〔注意：L为有效长度，电流与磁场方向应〕.F的方向可用定那么来判定.试判定以下通电导线的受力方向.X X X X . . . . >X X，X X . . . . ►。B 。BX I X X . . . . ►X X X X . . . .试分不判定以下导线的电流方向或磁场方向或受力方向.£ F IB£ F IB【例2】如下图，能够自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？解：先画出导线所在处的磁感线， 上下两部分导线所受安培力的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动〔不要讲成先转90。后平移〕。分析的关键是画出相关的磁感线。【例3】条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会〔增大、减小依旧不变？〕 。水平面对磁铁的摩擦为大小为。解：此题有多种分析方法。⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线〔如

图中粗虚线所示〕，可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力。⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条〔如图中细虚线所示〕 ，可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。⑶把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，因此A互相吸引。A【例4】如图在条形磁铁N极邻近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？解：用''同向电流互相吸引，反向电流互相排斥‘‘最简单：条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多因此线圈向右偏转。〔此题假如用''同名磁极相斥，异名磁极相吸将显现判定错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情形。〕【例5】电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如下图。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？ ；:解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线 汉二^圈靠电子流的一侧为向外。 电子流的等效电流方向是向里的， 依照''同向电流互相吸引，反向电流互相排斥，可判定电子流向左偏转。 〔此题用其它方法判定也行，但不如那个方法简洁〕。.安培力大小的运算F=BLIsina〔a为日L间的夹角〕高中只要求会运算a二0〔不受安培力〕和a=90°两种情形。【例6】如下图，光滑导轨与水平面成a角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为Bo金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为Ii时，金属杆正好能静止。求：⑴B至少多大？这时B的方向如何？⑵假设保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？解：画出金属杆的截面图。由三角形定那么得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小， B也最小。依照左手定那么，这时应垂直于导轨平面向上，大小满足： BIiL二mgsina,B二mgsina/IiL。当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2Lcosa=mgsina,I2=Ii/cosa。〔在解这类题时必须画出截面图， 只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系〕 。【例7】如下图，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为1_,磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落 h后的水平位移为so求闭合电键

后通过铜棒的电荷量 Q。解：闭合电键后的极短时刻内，铜棒受安培力向右的冲量 FAt=mvo而被平抛出去，其中F=BIL,而瞬时电流和时刻的乘积等于电荷量 Q=IAt,由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度％9s过，最终可得Q四巴。t.2h BL\2hXXXX【例8】如下图，半径为RXXXX水平面上，圆环中心为O,匀强磁场垂直于水平面方向向下，磁感应强度为Bo平行于直径MON的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻能够忽略不计，杆于圆环接触良好。某时刻，杆的位置如图，/aOb=20,速度为v,求现在刻作用在杆上的安培力的大小。解：ab段切割磁感线产生白感应电动势为 E=vB2Rsine,以a、b为端点的两个弧上的电阻分不为2R〔『0〕和2R0,回路的总电阻为r2-R ，总电流为I=E/r,安培力F=IB2Rsin0力F=IB2Rsin0,由以上各式解得:_ _2_ 22vBRsino【例9】如下图，两根平行金属导轨间的距离为0.4m,导轨平面与水平面的夹角为37°,磁感应弓虽度为0.5T的匀强磁场垂直于导轨平面斜向上，两根电阻均为1◎、重均为0.1N的金属杆ab、cd水平地放在导轨上，杆与导轨间的动摩擦因数为 0.3,导轨的电阻能够忽略.为使ab杆能静止在导轨上，必须使cd杆以多大的速率沿斜面向上运动？解：设必须使cd杆以v沿斜面向上运动，那么有cd杆切割磁场线，将产生感应电动势E=Blv在两杆和轨道的闭合回路中产生电流 I=—2Rab杆受到沿斜面向上的安培力 F安=Bilab杆静止时，受力分析如图

依照平稳条彳应有Gsin8—！1Gcos0<F安&Gsin0+Gcos0联立以上各式，将数值代人，可解得1.8m/swvw4.2m/s【例10］如下图是一个能够用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高为 L,厚为d,左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子 a、b,上、下两侧装有电极C〔正极〕和D〔负极〕并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为p;将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子 a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中液面将显现高度差。假设当开关 S闭合后，a、b管中液面将显现高度差为h,电路中电流表的读数为I,求磁感应强度B的大小。解析：开关S闭合后，导电液体中有电流由 C流到D,依照左手定那么可知导电液体要受到向右的安培力 F作在液体中产生附加压强巳如此a、b管中液面将显现高度差。在液体中产生附加压强 P为F BLI BIP .gh因此磁感应强度B的大小为：B因此磁感应强度B的大小为：B.ghdI【例10】安培秤如下图，它的一臂下面挂有一个矩形线圈， 线圈共有N匝，它的下部悬在平均磁场B内，下边一段长为L,它与B垂直。当线圈的导线中通有电流I时，调剂祛码使两臂达到平稳；然后使电流反向，这时需要在一臂上加质量为 m的祛码，才能使两臂再达到平稳。求磁感应强度B的大小。1解析：依照天平的原理专门容易得出安培力 F=-mg,2… 1因止匕F=NBLI=-mg2因此磁感应强度B=Eg2NLI三、与地磁场有关的电磁现象综合咨询题1.地磁场中安培力的讨论【例11】北京地区地磁场的水平重量为 3.0X10-5t假设北京市一高层建筑安装了高 100m的金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，某一时刻的放电电流为 105A,现在金属杆所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？分析：第一要搞清放电电流的方向 .因为地球带有负电荷，雷雨放电时，是地球所带电荷通过金属杆向上运动，即电流方向向下 ^关于这类咨询题，都可采纳如下方法确定空间的方向：面向北方而立，那么空间水平磁场均为''X'';自己右手边为东方，左手边为西方，背后为南方，如图 2所示.由左手定那么判定电流所受磁场力向右〔即指向东方〕，大小为F=BIl=3.0X105X105X100=300〔N〕.因为磁力与通电导线的长度成正比，可认为合力的作用点为金属杆的中点，因此磁力矩M=—Fl=-X3001002 2=1.5X104〔N•m〕.通以自西向东的电苴上空,用同一方法可判定如下咨询题： 一条长2m的导线水平放.通以自西向东的电苴上空,流，它所受地磁场的磁场力方向如何？2.地磁场中的电磁感应现象【例12】绳系卫星是系留在航天器上绕地球飞行的一种新型卫星，能够用来对地球的大气层进行直截了当探测；系绳是由导体材料做成的，又能够进行地球空间磁场电离层的探测；系绳在运动中又可为卫星和牵引它的航天器提供电力 ^1992年和1996年，在美国''亚特兰大号航天飞机在飞行中做了一项悬绳发电实验： 航天飞机在赤道上空飞行，速度为7.5km/s,方向自西向东.地磁场在该处的磁感应强度B=0.5X10-4T从航天飞机上发射了一颗卫星，卫星携带一根长l=20km的金属悬绳与航天飞机相连.从航天飞机到卫生间的悬绳指向地心.那么，这根悬绳能产生多大的感应电动势呢？分析：采纳前面所设想的确定空间方位的方法，用右手定那么不难发觉，竖起右手，大拇指向右边〔即东方〕，四指向上〔即地面的上方〕，因此航天飞机的电势比卫星高，大小为E=BLm0.5X105X2X104X7.5X103=7.5X103〔V〕.用同样的方法能够判定，沿长江顺流而下的轮般桅杆所产生的电势差及在北半球高空水平向各方向飞行的飞机机翼两端的电势差〔注意：现在机翼切割地磁场的有效重量是竖直重量〕.3.如何测地磁场磁感应强度的大小和方向地磁场的磁感线在北半球朝向偏北并倾斜指向地面，在南半球朝向偏北并倾斜指向天空，且磁倾角的大小随纬度的变化而变化 .假设测出地磁场磁感应强度的水平重量和竖直重量，即可测出磁感应强度的大小和方向^【例13】测量地磁场磁感应强度的方法专门多，现介绍一种有味的方法如下图为北半球一条自西向东的河流，河两岸沿南北方向的 A、B两点相距为d.假设测出河水流速为v,AB两点的电势差为U,即能测出此地的磁感应强度的垂直重量B1.因为河水中总有一定量的正、负离子，在地磁场洛仑兹力的作用下，正离子向A点偏转，正、负离子向B点偏转