高中探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用的物理教案

1、高中探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用的物理教案高中探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用的物理教案第1節(jié)探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用課前預(yù)習(xí)一、安培力1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力叫做_1_2.大?。海?）當(dāng)導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向_2_時(shí)，安培力最大為F=_3_.（2）當(dāng)導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向_4_時(shí)，安培力最小為F=_5_.(3) 當(dāng)導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，所受安培力介于_6_和_7_之間。3方向：左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指_8_，并且都跟手掌在_9_，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線_10_，并使伸開的四指指向 _11_的方向，那么，拇指所指的方向，就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的_12_方向二、磁電式電流表1.磁電式電流表主要由_13_、

2、_14_、_15_、_16_、_17_構(gòu)成.2蹄形磁鐵的磁場(chǎng)的方向總是沿著徑向均勻地分布的，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的，這樣不管線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈平面總是跟它所在位置的磁感線平行，I與指針偏角成正比，I越大指針偏角越大，因而電流表可以量出電流I的大小，且刻度是均勻的，當(dāng)線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，又可知道被測(cè)電流的方向。3、磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)是_18_,可以測(cè)很弱的電流，缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱。課前預(yù)習(xí)答案1安培力2垂直3BIL4平行50607BIL8垂直9同一個(gè)平面內(nèi)10垂直穿入手心11電流12受力13蹄形磁

3、鐵 14 鐵芯15繞在線框上的線圈16螺旋彈簧17指針18靈敏度高重難點(diǎn)解讀一、 對(duì)安培力的認(rèn)識(shí)1、 安培力的性質(zhì)：安培力是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力，是一種性質(zhì)力。2、 安培力的作用點(diǎn)：安培力是導(dǎo)體中通有電流而受到的力，與導(dǎo)體的中心位置無關(guān)，因此安培力的作用點(diǎn)在導(dǎo)體的幾何中心上，這是因?yàn)殡娏魇冀K流過導(dǎo)體的所有部分。3、安培力的方向：（1）安培力方向用左手定則判定：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向。（2）F、B、I三者間方向關(guān)系：已知B、I的方向（B、I不平

4、行時(shí)），可用左手定則確定F的唯一方向：FB，F(xiàn)I，則F垂直于B和I所構(gòu)成的平面（如圖所示），但已知F和B的方向，不能唯一確定I的方向。由于I可在圖中平面內(nèi)與B成任意不為零的夾角。同理，已知F和I的方向也不能唯一確定B的方向。（3）用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）。只要兩導(dǎo)線不是互相垂直的，都可以用“同向電流相吸，反向電流相斥”判定相互作用的磁場(chǎng)力的方向；當(dāng)兩導(dǎo)線互相垂直時(shí)，用左手定則判定。4、安培力的大?。海?）安培力的計(jì)算公式：FBILsin，為磁場(chǎng)B與直導(dǎo)體L之間的夾角。（2）當(dāng)90時(shí)，導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直，安培力最大FmBIL；當(dāng)0時(shí)，導(dǎo)體與磁場(chǎng)平行，安培力為零。（3）

5、FBILsin要求L上各點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，故該公式一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。（4）安培力大小的特點(diǎn)：不僅與B、I、L有關(guān)，還與放置方式有關(guān)。L是有效長度，不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長度。彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度，所以任意形狀的閉合線圈的有效長度L=0二、通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)判斷方法（1）電流元分析法：把整段電流等效為多段很小的直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向.（2）特殊位置分析法：把通電導(dǎo)體轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后判斷其安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向.（3）等效法：環(huán)形電流可等效成小磁針，通電

6、螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立。（4）轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在力的作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向.典題精講題型一、安培力的方向例1、電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？解：畫出偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)側(cè)的電流，是左半線圈靠電子流的一側(cè)為向里，右半線圈靠電子流的一側(cè)為向外。電子流的等效電流方向是向里的，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，可判定電子流向

7、左偏轉(zhuǎn)。（本題用其它方法判斷也行，但不如這個(gè)方法簡潔）。答案：向左偏轉(zhuǎn)規(guī)律總結(jié)：安培力方向的判定方法：（1）用左手定則。（2）用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時(shí)）。（3）用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）。可以把條形磁鐵等效為長直螺線管（不要把長直螺線管等效為條形磁鐵）。題型二、安培力的大小例2、如圖，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向（垂直于紙面向里）垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L，且 。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力A. 方向沿紙面向上，大小為B. 方

8、向沿紙面向上，大小為C. 方向沿紙面向下，大小為D. 方向沿紙面向下，大小為解析：該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長為 來等效代替,根據(jù) ,可知大小為 ,方向根據(jù)左手定則.A正確。答案：A規(guī)律總結(jié)：應(yīng)用F=BILsin來計(jì)算時(shí)，F(xiàn)不僅與B、I、L有關(guān)，還與放置方式有關(guān)。L是有效長度，不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長度。彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度，所以任意形狀的閉合線圈的有效長度L=0題型三、通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)例3、如圖11-2-4條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)(增大、減小還是不變？)水平面對(duì)磁鐵的摩擦力大小為。解

9、析：本題有多種分析方法。畫出通電導(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)中通過兩極的.那條磁感線（如圖中粗虛線所示），可看出兩極受的磁場(chǎng)力的合力豎直向上。磁鐵對(duì)水平面的壓力減小，但不受摩擦力。畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導(dǎo)線的那一條（如圖中細(xì)虛線所示），可看出導(dǎo)線受到的安培力豎直向下，因此條形磁鐵受的反作用力豎直向上。把條形磁鐵等效為通電螺線管，上方的電流是向里的，與通電導(dǎo)線中的電流是同向電流，所以互相吸引。答案：減小 零規(guī)律總結(jié)：分析通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)常用方法：（1）電流元分析法，（2）特殊位置分析法， （3）等效法，（4）轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法題型四、安培力作用下的導(dǎo)體的平衡問題例4、 水平面上有電阻不

10、計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動(dòng)勢(shì)為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右斜上方，如圖8132所示，問：(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為多少？(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？解析：從b向a看側(cè)視圖如圖所示(1)水平方向：FFAsin 豎直方向：FNFAcos mg又 FABILBERL聯(lián)立得：FNmgBLEcos R，F(xiàn)BLEsin R.(2)使ab棒受支持力為零，且讓磁場(chǎng)最小，可知

11、安培力豎直向上則有FAmgBminmgREL，根據(jù)左手定則判定磁場(chǎng)方向水平向右答案：(1)mgBLEcos R BLEsin R (2)mgREL 方向水平向右規(guī)律總結(jié)：對(duì)于這類問題的求解思路：（1）若是立體圖，則必須先將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖（2）對(duì)物體受力分析，要注意安培力方向的確定（3）根據(jù)平衡條件或物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列出方程（4）解方程求解并驗(yàn)證結(jié)果鞏固拓展1. 如圖，長為 的直導(dǎo)線拆成邊長相等，夾角為 的 形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為 的電流時(shí)，該 形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為（A）0 （B）0.5 （C） （D）答案：C解析：導(dǎo)線有效

12、長度為2lsin30=l，所以該V形通電導(dǎo)線收到的安培力大小為 。選C。本題考查安培力大小的計(jì)算。2一段長0.2 m，通過2.5 A電流的直導(dǎo)線，關(guān)于在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力F的情況，正確的是( )A如果B2 T，F(xiàn)一定是1 NB如果F0，B也一定為零C如果B4 T，F(xiàn)有可能是1 ND如果F有最大值時(shí)，通電導(dǎo)線一定與B平行答案：C解析：當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直放置時(shí)，F(xiàn)BIL，力最大，當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行放置時(shí)，F(xiàn)0，當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成任意其他角度放置時(shí)，0FIb.當(dāng)加一個(gè)垂直于a、b所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B時(shí)；導(dǎo)線a恰好不再受安培力的作用則與加磁場(chǎng)B以前相比較( )Ab也恰好不再受安培

13、力的作用Bb受的安培力小于原來安培力的2倍，方向豎直向上Cb受的安培力等于原來安培力的2倍，方向豎直向下Db受的安培力小于原來安培力的大小，方向豎直向下答案：D解析：當(dāng)a不受安培力時(shí)，Ib產(chǎn)生的磁場(chǎng)與所加磁場(chǎng)在a處疊加后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，此時(shí)判斷所加磁場(chǎng)垂直紙面向外，因IaIb，所以在b處疊加后的磁場(chǎng)垂直紙面向里，b受安培力向下，且比原來小故選項(xiàng)D正確7 如圖所示，在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c，各導(dǎo)線中的電流大小相同，其中a、c導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向內(nèi)每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對(duì)它的安培力作用，則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力，以

14、下說法中正確的是( )A導(dǎo)線a所受合力方向水平向右B導(dǎo)線c所受合力方向水平向右C導(dǎo)線c所受合力方向水平向左D導(dǎo)線b所受合力方向水平向左答案：B解析：首先用安培定則判定導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)方向，要注意是合磁場(chǎng)的方向，然后用左手定則判定導(dǎo)線的受力方向可以確定B是正確的8如圖所示，在空間有三根相同的導(dǎo)線，相互間的距離相等，各通以大小和方向都相同的電流.除了相互作用的磁場(chǎng)力外，其他作用力都可忽略，則它們的運(yùn)動(dòng)情況是_.答案： 兩兩相互吸引,相聚到三角形的中心解析：根據(jù)通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的特點(diǎn)，由安培定則可判斷出，它們之間存在吸引力.9如圖所示，長為L、質(zhì)量為m的兩導(dǎo)體棒a、b,a被置在光滑斜面上，b固定在距a為x距離的同一水平面處，且a、b水平平行，設(shè)45，、b均通以大小為I的同向平行電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止.則b的電流在a處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為 .答案：解析： 由安培定則和左手定則可判知導(dǎo)體棒a的受力如圖，由力的平衡得方程：mgsin45=Fcos45，即mg=F=BIL 可得B .10一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abcd.bc邊長為l.線框的下半部處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與線框平面垂直.在下圖中，垂直于紙面向里，線框中通以電流I，方向如圖所示.開始時(shí)線