1.1磁场对通电导线的作用力导学案-高二下学期物理人教版选择性

物理选必二第一章安培力与洛伦兹力自学探究学案学习内容：1.1磁场对通电导线的作用力主备:闲云时间：12月22日班级姓名教学目标科学素养物理观念：1.掌握安培力大小的计算方向及，2．掌握安培力方向的判断左手定则3．了解磁电式电流表结构，知道磁电式仪表的工作原理科学思维：通过安培力方向的判断，培养学生空间想象的思维能力科学探究:通过探究安培力、电流和磁感应强度三者的方向关系，培养学生归纳推理的能力科学态度与价值观：通过磁电式电流表的原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。激发学生刻苦学习、服务人类的理想抱负。自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗）一、安培力的方向1．安培力：通电导线在中受到的力。2.实验探究安培力方向的影响因素(1)猜想．决定安培力方向的因素①方向；②方向。（2）实验方法：（3）实验方案：如右图实验装置。（4）实验步骤：①按照图所示，组装好器材②磁场方向向下，使电流从C→A，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录③磁场方向向下，使电流从A→C，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录④磁场方向向上，使电流从A→C，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录⑤磁场方向向上，使电流从C→A，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录次数磁场方向次数磁场方向电流方向安培力方向图4312向上向下垂直于纸面向外垂直于纸面向外垂直于纸面向里水平向右水平向左水平向左水平向右FFFF（5）归纳总结：你能尝试把各种情况下三者的方向画出来，进行归纳分析，找到规律吗？安培研究发现，安培力方向与磁场方向、电流方向的关系符合左手定则，如图所示：3．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平面内；让磁感线从进入并使四指指向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。4．安培力的特点：(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．自主练习1.判断下图中通电导线在匀强磁场中受安培力的方向总结：,2.分析平行通电直导线间的作用力：总结；同向电流相互，反向电流相互．二、安培力的大小同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图所示。1．如图甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝2．如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝3．如图丙，当I与B成θ角时，可以把磁感应强度B分解，如图丁所示。此时F＝，这是一般情况下安培力的表达式。4．公式F＝ILBsinθ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(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端。自主练习3.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()INCLUDEPICTURE"F:\\QQ文件\\16RW3104.TIF"4.(2015·江苏卷·T4)如图所示，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NM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三、磁电式电流表1.构造：U形磁铁、极靴、圆柱形铁芯、绕在铝线框上的线圈、螺旋弹簧（游丝）、指针.2．工作原理：(1)通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。(2)通电线圈在线圈偏转的角度越大，被测电流就越；电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变就越大，线圈偏转的角度也越大(3)根据指针偏转方向，可以知道被测电流的方向。3.特点：（1）极靴与圆柱间的磁场沿半径方向（2）线圈转动时，线圈受力边处在磁场中的不同位置磁感应强度大小相同，安培力的大小不受磁场影响，（3）线圈平面与磁场方向平行，电流所受安培力的方向总与线圈平面，安培力相对转轴的力臂大小不变（4）线圈转过的角度与给线圈通入的电流大小成正比，表盘刻度均匀（尝试推导）4．优点：是灵敏度高，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。例1.如图所示,在平行倾斜固定的导轨上端接入电动势E=50V,内阻r=1Ω的电源和滑动变阻器R,导轨的宽度d=0.2m,倾角θ=37°。质量m=0.11kg的导体棒ab垂直置于导轨上,与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,整个装置处在竖直向下的磁感应强度B=2.2T的匀强磁场中,导轨与导体棒的电阻不计。现调节R使杆ab静止不动。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。求:(1)ab棒受到的最小安培力F1和最大安培力F2;(2)滑动变阻器R有效电阻的取值范围。强化练习A组1．画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．2．如图所示，光滑水平地面上用轻质弹簧将一条形磁铁系于竖直墙壁上，弹簧处于水平状态，条形磁铁静止，设此时磁铁对地面压力为FN1。现在磁铁右端正上方固定一导体棒，在导体棒中通以垂直纸面向里的电流，当磁铁再次平衡时对水平地面的压力变为FN2，则下列说法正确的是A．弹簧长度变短B．弹簧长度变长C．FN1>FN2D．FN1<FN23.(2021·广东高考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是()4.(多选)如图所示中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b和导轨两端e、f分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。下列说法正确的是A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动5．海影号电磁推进试验舰艇如图甲所示，船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，舰艇因此前进。要使图乙中的舰艇向左前进，则所加磁场的方向应为()A．水平向左B．水平向右C．竖直向上 D．竖直向下6．通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面（纸面）内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动，则下列判定正确的是A．L2绕轴O按顺时针转动B．L2绕轴O按逆时针转动C．L4绕轴O按顺时针转动D．L4绕轴O按逆时针转动7.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动和平动，当导线通入图示方向的电流I时，从上往下看，导线的运动情况是A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升8．如图所示，轻质弹簧测力计下悬挂的圆形线圈中通有顺时针方向的电流I0，线圈的正下方固定有一根足够长的直导线a，线圈静止时导线a垂直于线圈平面，现在导线a中通有垂直纸面向外的较大电流，则下列判断正确的是（）A．线圈仍静止B．从上往下看，线圈将逆时针转动C．弹簧测力计示数减小D．线圈左右摆动9、如图所示，两个完全相同的闭合导线环挂在光滑绝缘的水平横杆上，当导线环中通有同向电流时，两导线环的运动情况是（

）A．互相吸引，电流大的环其加速度也大B．互相排斥，电流小的环其加速度较大C．互相吸引，两环加速度大小相同互相排斥，两环加速度大小相同10.如图所示，两个完全相同且互相垂直的导体圆环M，N中间用绝缘细线ab连接，悬挂在天花板下，当M，N中同时通入图中所示方向的电流时，关于两圆环的转动（从上向下看）以及a，b间细线张力的变化，下列判断正确的是A．M，N均不转动，细线张力不变 B．M，N都顺时针转动，细线张力减小 C．M顺时针转动，N逆时针转动，细线张力减小 D．M逆时针转动，N顺时针转动，细线张力增大11.电流计的主要结构如图2所示，固定有指针的铝框处在由磁极与软铁芯构成的磁场中，并可绕轴转动．铝框上绕有线圈，线圈的两端与接线柱相连．有同学对软铁芯内部的磁感线分布提出了如下的猜想，可能正确的是 12．如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为n，面积为S，线圈a、b两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为B，当线圈中通电流I时，a、b边所受安培力F方向加图乙所示。则（）A．该辐向磁场是匀强磁场B．穿过线圈的磁通量为C．转动过程中安培力F大小总为D．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动13、如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I。则下列选项正确的是（）A．图甲中导体棒所受的安培力大小为BILB．图乙中导体棒所受的安培力大小为BILC．图丙中导体棒所受的安培力大小为32BILD．图丁中导体棒所受的安培力大小为314.如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，其中c最长，b最短，c为一直径与b等长的半圆，将装置置于向下的匀强磁场中。在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到安培力的大小关系为A．Fa>FbFa>Fb15．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中，已知ab边长为，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。下列说法正确的是（）该导线受到的安培力大小为BIl，方向垂直于纸面向里B.该导线受到的安培力大小为2BIl，方向垂直于纸面向里C.该导线受到的安培力大小为3BIl，方向于垂直于ab边D.该导线受到的安培力大小为，方向于垂直于ac连线16.如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为A．2F B．1.5F C．0.5FD．017．如图所示，在光滑水平桌面上，两根弯成直角的相同金属棒，它们两端互相接触，组成一个正方形线框，正方形边长均为L，匀强磁场方向垂直桌面向下，当线框中通以图示方向的电流I时，两金属棒在b点的互相作用力为f，则此时磁感应强度的大小为。18．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线悬挂，金属棒中通有由M到N的恒定电流，现在空间中加一匀强磁场，要使金属棒静止且绝缘细线与竖直方向成角，则下列几种情况中磁感应强度最小的是（）19.如图所示，水平导轨间距为L＝0.5m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1kg，电阻R0＝0.9Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10V，内阻r＝0.1Ω，电阻R＝4Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10m/s2，ab处于静止状态。已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：(1)通过ab的电流大小和方向；(2)导体棒ab受到的安培力大小；(3)重物重力G的取值范围。ESB20．如图所示，电源电动势3V，内阻不计，导体棒质量60g，长1m，电阻1.5Ω，ESB固定的光滑绝缘环底端上滑至某一位置静止．试求：在此位置上棒对每一只环的压力为多少?(2)若已知绝缘环半径为0.5m，此位置与环底高度差是多少?B组21.（2021·重庆·高考真题）某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈水平固定，圆线圈P与、N共轴且平行等距。初始时，线圈通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流22.如图所示，两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面之间的夹角θ＝37°，两导轨之间的距离L＝0.50m。一根质量m＝0.20kg的均匀直金属杆ab垂直放在两导轨上且接触良好，整个装置处于与ab杆垂直的匀强磁场中。在导轨的上端接有电动势E＝36V、内阻r＝1.6Ω的直流电源和电阻箱R。已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g取10m/s2。(1)若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计，当电阻箱接入电路中的电阻R1＝2.0Ω时，金属杆ab静止在导轨上。①如果磁场方向竖直向下，求满足条件的磁感应强度的大小；②如果磁场的方向可以随意调整，求满足条件的磁感应强度的最小值及其方向。(2)如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略，整个装置处于垂直于导轨平面斜向下、磁感应强度大小B＝0.40T的匀强磁场中。当电阻箱接入电路中的电阻R2＝3.4Ω时，金属杆ab仍保持静止，求此时金属杆ab受到的摩擦力Ff的大小及方向。23．如图所示，电源电动势E＝2V，内电阻r＝0.5Ω，竖直导轨电阻可忽略，金属棒的质量m＝0.1kg，电阻R＝0.5Ω，它与导轨的动摩擦因数μ＝0.4,有效长度为L＝0.2m，为了使金属棒能够靠在导轨外面静止不动，我们施一与纸面成30°角向里且与金属棒垂直的磁场，问磁场方向是斜向上还是斜向下？磁感应强度B的范围是多大？(g＝10m/s2)答案：斜向下3T≤B≤16.3T24.如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面