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文檔簡介
第三章
磁場4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力知識內(nèi)容通電導(dǎo)線在磁場中受到的力考試要求必考加試cd課時(shí)要求1.知道安培力的概念,會用左手定則判定安培力的方向.2.知道安培力公式F=ILB的適用條件,并會用公式解決簡單問題.3.會用矢量分解方法推導(dǎo)導(dǎo)線與磁場不垂直時(shí)的安培力公式.4.了解磁電式電流表的工作原理.內(nèi)容索引知識探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識探究1一、安培力的方向?qū)W(xué)探究按照如圖1所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn).(1)上下交換磁極的位置以改變磁場方向,導(dǎo)線受力的方向是否改變?受力的方向改變;答案圖1(2)改變導(dǎo)線中電流的方向,導(dǎo)線受力的方向是否改變?仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合課本說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關(guān)系?受力的方向改變;安培力的方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則.答案知識梳理1.安培力:通電導(dǎo)線在
中受的力.2.決定安培力方向的因素(1)
方向;(2)
方向.3.左手定則:如圖2所示,伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi):讓磁感線從_______進(jìn)入,并使四指指向
,這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向.4.安培力的特點(diǎn):F⊥I,F(xiàn)⊥B,即F垂直于B和I決定的平面.磁場磁場圖2電流掌心電流的方向即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場的方向垂直.(
)(2)通電導(dǎo)線所受安培力的方向與直線電流的方向垂直.(
)(3)應(yīng)用左手定則時(shí),四指指向電流方向,拇指指向安培力方向.(
)(4)若電流和磁場方向都變?yōu)榕c原來反向,則安培力的方向也變?yōu)榕c原來反向.()√√√×二、安培力的大小導(dǎo)學(xué)探究(1)在圖1所示的實(shí)驗(yàn)中,探究安培力的大小與磁場強(qiáng)弱、電流大小、導(dǎo)線長度的關(guān)系.①在B、L一定時(shí),增大電流I,導(dǎo)線受力怎么變化?答案安培力變大②實(shí)驗(yàn)中如何改變導(dǎo)線長度L?在B、I一定時(shí),增大導(dǎo)線的長度L,導(dǎo)線受力怎么變化?答案分別將不同的接點(diǎn)連入電路安培力變大(2)長為l的一段導(dǎo)線放在磁場B中,通以電流I,當(dāng)導(dǎo)線按以下兩種方式放置時(shí),所受磁場的作用力分別是多大?①導(dǎo)線和磁場垂直放置;②導(dǎo)線和磁場平行放置.答案F=IlB答案F=0(3)當(dāng)導(dǎo)線和磁場方向的夾角為θ時(shí),如何計(jì)算安培力的大???答案將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向進(jìn)行分解,分別計(jì)算兩分磁場對導(dǎo)線的作用力.同一通電導(dǎo)線,按不同方式放在同一磁場中,受力情況不同.(1)如圖3甲,通電導(dǎo)線與磁場方向垂直,此時(shí)安培力最大,F(xiàn)=
.(2)如圖乙,通電導(dǎo)線與磁場方向平行,此時(shí)安培力最小,F(xiàn)=
.知識梳理IlB0圖3(3)如圖丙,通電導(dǎo)線與磁場方向成θ角.可以把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥,如圖丁所示.則有B⊥=Bsinθ,B∥=Bcosθ,其中B∥不產(chǎn)生安培力,導(dǎo)線受的安培力只是B⊥產(chǎn)生的,因此又得到F=
,這是一般情況下安培力的表達(dá)式.IlBsinθ即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力.()(2)一通電導(dǎo)線放在磁場中某處不受安培力,該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是零.(
)(3)若磁場一定,導(dǎo)線的長度和電流也一定的情況下,導(dǎo)線平行于磁場時(shí),安培力最大,垂直于磁場時(shí),安培力最小.(
)√××三、磁電式電流表的構(gòu)造和原理知識梳理1.原理:通電線圈在磁場中受到
而偏轉(zhuǎn).線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測電流就
.根據(jù)線圈
,可以知道被測電流的方向.2.構(gòu)造:
、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴.3.特點(diǎn):極靴與圓柱間的磁場沿
方向,線圈轉(zhuǎn)動時(shí),安培力的大小不受磁場影響,電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直.線圈平面與磁場方向
,如圖4所示.安培力偏轉(zhuǎn)的方向越大圖4半徑平行磁鐵4.優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,可以測出
的電流.缺點(diǎn):線圈導(dǎo)線很細(xì),允許通過的電流很弱.很弱判斷下列說法的正誤.(1)指針穩(wěn)定后,線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的.(
)(2)通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大.(
)(3)在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),各處的磁場都是勻強(qiáng)磁場.(
)(4)在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無關(guān).(
)即學(xué)即用√√×√2題型探究一、安培力的方向1.安培力的方向總是既與磁場方向垂直,又與電流方向垂直,也就是說安培力的方向總是垂直于磁場和電流所決定的平面.2.當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時(shí),安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面,所以仍用左手定則來判斷安培力的方向,只是磁感線不再垂直穿過手心,而是斜穿過手心.例1
畫出圖5中各磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向.圖5答案解析無論B、I是否垂直,安培力總是垂直于B與I決定的平面,且滿足左手定則.如圖所示二、安培力的大小1.公式F=ILBsinθ中B對放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響.2.公式F=ILBsinθ中L指的是導(dǎo)線在磁場中的“有效長度”,
彎曲導(dǎo)線的有效長度L,等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖6所示);相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端.圖63.公式F=ILBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當(dāng)θ=90°時(shí)sinθ=1,公式變?yōu)镕=ILB.例2長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中,電流方向與磁場方向分別如圖所示,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,對于下列各圖中,導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是答案解析√A圖中,導(dǎo)線不和磁場垂直,將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上,故F=BILcosθ,A正確;B圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,B錯誤;C圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,C錯誤;D圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,D錯誤.例3
(2016·浙江舟山中學(xué)期中)如圖7所示,長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等、夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí),該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為A.0 BIlC.BIl
D.2BIl答案解析√圖7V形通電導(dǎo)線的等效長度為圖中虛線部分,所以F=BIl,故選C.三、安培力的實(shí)際應(yīng)用例4如圖8所示的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度.天平的右臂下面掛一個(gè)矩形線圈,寬為L,共N匝,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于紙面.當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時(shí),在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時(shí),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,天平又重新平衡.由此可知圖8答案解析√因?yàn)殡娏鞣聪驎r(shí),右邊再加砝碼才能重新平衡,所以此時(shí)安培力豎直向上,由左手定則判斷磁場方向垂直于紙面向里.電流反向前,有m1g=m2g+m3g+NBIL,其中m3為線圈質(zhì)量.電流反向后,有m1g=m2g+m3g+mg-NBIL.兩式聯(lián)立可得B=
.故選B.技巧點(diǎn)撥天平兩臂平衡時(shí),對左、右兩盤向下的壓力(等于重物或砝碼的重力)和拉力的合力相等.針對訓(xùn)練如圖9所示,一根有質(zhì)量的金屬棒MN,兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn),棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,棒中通有電流,方向從M流向N,此時(shí)懸線上有拉力,為了使拉力等于零,可以A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.使磁場反向C.適當(dāng)增大電流
D.使電流反向答案解析√首先對MN進(jìn)行受力分析:受豎直向下的重力G、受兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力和安培力.處于平衡時(shí):2F+BIL=mg,重力mg恒定不變,欲使拉力F減小到0,應(yīng)增大安培力BIL,所以可增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或增加通過金屬棒中的電流I,或二者同時(shí)增大.圖9達(dá)標(biāo)檢測31.把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場中,導(dǎo)線受到安培力的作用,關(guān)于安培力的方向,下列說法中正確的是A.安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同B.安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,但不一定跟電流方向垂直C.安培力的方向一定跟電流方向垂直,但不一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直D.安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,又跟電流方向垂直√答案解析安培力的方向既垂直于磁場方向,又垂直于電流的方向,即垂直于磁場與電流所決定的平面,但電流方向與磁場方向不一定垂直.12342.下面的四個(gè)圖顯示了磁場對通電直導(dǎo)線的作用力,其中正確的是答案√12343.如圖10是“探究影響通電導(dǎo)體在磁場中受力因素”的實(shí)驗(yàn)示意圖.三塊相同馬蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上,導(dǎo)體棒用圖中輕而柔軟的細(xì)導(dǎo)線1、2、3、4懸掛起來,它們之中的任意兩根與導(dǎo)體棒和電源構(gòu)成回路.認(rèn)為導(dǎo)體棒所在位置附近為勻強(qiáng)磁場,最初導(dǎo)線1、4接在直流電源上,電源沒有在圖中畫出.關(guān)于接通電源時(shí)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,下列敘述正確的是圖101234A.改變電流方向同時(shí)改變磁場方向,導(dǎo)體棒擺動方向?qū)淖傿.僅改變電流方向或者僅改變磁場方向,導(dǎo)體棒擺動方向一定改變C.增大電流同時(shí)改變接入導(dǎo)體棒上的細(xì)導(dǎo)線長度,接通電源時(shí),導(dǎo)體棒
擺動幅度一定增大D.僅拿掉中間的磁鐵,導(dǎo)體棒擺動幅度不變√答案解析1234由F=BIL和左手定則可知,僅改變電流方向或者僅改變磁場方向,F(xiàn)的方向一定改變,即導(dǎo)體棒擺動方向一定改變,而兩者同時(shí)改變時(shí),F(xiàn)方向不變,則導(dǎo)體棒擺動方向不變,故B正確,A錯誤;當(dāng)I增大,但L減小時(shí),F(xiàn)大小不一定增大,C錯誤;僅拿掉中間的磁鐵,意味著導(dǎo)體棒受力長度減小,F(xiàn)應(yīng)減小,則導(dǎo)體棒擺動幅度一定改變,D錯誤.12344.如圖11,兩根絕緣細(xì)線吊著一根銅棒,空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,棒中通有向右的電流時(shí)兩線上拉力大小均為F1,若棒中電流大小不變方向相反,兩線上的拉力大小均為F2,且F2>F1,則銅棒所受安培力大小為A.F1+
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