高中物理 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)的作用力導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修

1、四 、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)的作用力【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】1、本節(jié)通過(guò)控制變量的方法探究安培力的方向，得出左手定則，通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義得出安培力的計(jì)算公式，進(jìn)而拓展到磁場(chǎng)對(duì)通電線(xiàn)圈的作用效果，使大家認(rèn)識(shí)磁電式電流表的工作原理。通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)會(huì)用公式F=BIL解答有關(guān)問(wèn)題、知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它解答有關(guān)問(wèn)題，知道磁電式電流表的工作原理。圖3-4-12、安培力的方向（左手定則）：當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，安培力、磁場(chǎng)、電流構(gòu)成如圖3-4-1的三維直角坐標(biāo)系當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向不垂直時(shí)，安培力、磁場(chǎng)的垂直分量、電流構(gòu)成如圖所示的三維直角坐標(biāo)系盡管磁場(chǎng)與電流方向可以不垂直，但安培力肯總是直于電流方向、同時(shí)也垂直于

2、磁場(chǎng)方向，即垂直于_方向和_方向所構(gòu)成的平面3、安培力的大?。涸趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)線(xiàn)受到的安培力的計(jì)算公式為_(kāi)非勻強(qiáng)磁場(chǎng)可以看成是很多個(gè)大小、方向不同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的組合，通電導(dǎo)線(xiàn)在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力4、磁電式電流表：在磁電式電流表中，極靴和鐵質(zhì)圓柱之間構(gòu)成一個(gè)特殊的磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)方向沿著_，電流通過(guò)電流表的矩形線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈的兩條邊線(xiàn)始終與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，受到大恒定的安培力，安培力將促使線(xiàn)圈繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)螺旋彈簧被收緊，將產(chǎn)生一個(gè)_的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，當(dāng)兩種轉(zhuǎn)動(dòng)效果抵消時(shí)，指針會(huì)指在一個(gè)相應(yīng)的位置，從而指示出電流值。電流表的靈敏度很高，是指通過(guò)很小的電流時(shí)，指針就可

3、以偏轉(zhuǎn)較大的角度。在使用電流表時(shí)，允許通過(guò)的電流一般都很小，使用時(shí)應(yīng)該特別注意?！痉独觥坷?、 試用電流的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力的原理，證明通有同向電流的導(dǎo)線(xiàn)相圖3-4-2互吸引，通有異向電流的導(dǎo)線(xiàn)相互推斥力解析：如圖3-4-2所示，研究對(duì)的磁場(chǎng)力：（1）根據(jù)安培定則畫(huà)出電流在導(dǎo)線(xiàn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布圖；（2）根據(jù)左手定則可知通電導(dǎo)線(xiàn)受到的磁場(chǎng)力是向左的；（3）根據(jù)牛頓第三定律，可知通電導(dǎo)線(xiàn)受到的磁場(chǎng)力是向左的，即通有同向電流的平行導(dǎo)線(xiàn)相互吸引同理可得通有異向電流的平行導(dǎo)線(xiàn)是相互推斥的拓展：兩根平行的通電導(dǎo)線(xiàn)之間有力的作用，這是實(shí)驗(yàn)所證明的結(jié)論，通電導(dǎo)線(xiàn)之間的作用力是通過(guò)磁場(chǎng)相互作用的有些同

4、學(xué)在研究?jī)筛鶎?dǎo)線(xiàn)之間的相互作用力時(shí)，同時(shí)畫(huà)出兩根導(dǎo)線(xiàn)在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)是沒(méi)有必要的，也是思路不清的表現(xiàn)，兩根導(dǎo)線(xiàn)之間的作用是通過(guò)各自的磁場(chǎng)對(duì)另一方作用的，不是兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用。圖3-4-3例2、如圖3-4-3所示，質(zhì)量為的導(dǎo)體棒AB靜止在水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為，已知電源的電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻為，導(dǎo)體棒的電阻為，其余接觸電阻不計(jì)，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)體棒斜向上與水平面的夾角為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，求軌道對(duì)導(dǎo)體棒的支持力和摩擦力解析：涉及安培力時(shí)的物體的平衡問(wèn)題，通過(guò)對(duì)通電棒的受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力平衡方程求解棒的受力分析圖如圖3-4-4所示圖3-4-4由閉合電路歐姆定律由安培力公式由共點(diǎn)力平衡條件 整理得 拓展：本

5、題是有關(guān)安培力的典型問(wèn)題，必須作好受力分析圖，原題給出的是立體圖是很難進(jìn)行受力分析，應(yīng)畫(huà)出投影圖，養(yǎng)成良好的受力習(xí)慣是能力培養(yǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)【能力訓(xùn)練】1關(guān)于安培力的說(shuō)法中正確的是【 】 A. 通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中一定受安培力的作用 B. 安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與電流成正比，而與其他量無(wú)關(guān) C. 安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和通電導(dǎo)線(xiàn)所構(gòu)成的平面D. 安培力的方向不一定垂直于通電直導(dǎo)線(xiàn)2下圖所示的四種情況，通電導(dǎo)體均置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中通電導(dǎo)線(xiàn)不受安培力的是【 】3如圖3-4-5所示，一根質(zhì)量為m的金屬棒AC用軟線(xiàn)懸掛在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通入AC方向的電流時(shí)，懸線(xiàn)張力不為零，

6、欲使懸線(xiàn)張力為零，可以采用的辦法是【 】圖3-4-5(A)不改變電流和磁場(chǎng)方向，適當(dāng)增大電流(B)只改變電流方向，并適當(dāng)減小電流(C)不改變磁場(chǎng)和電流方向，適當(dāng)減小磁感強(qiáng)度(D)同時(shí)改變磁場(chǎng)方向，并適當(dāng)增大磁感強(qiáng)度圖3-4-64一根長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)載流金屬環(huán)中心且垂直與金屬環(huán)的平面，導(dǎo)線(xiàn)和環(huán)中的電流方向如圖3-4-6所示，那么金屬環(huán)受的力：【 】A.等于零 B.沿著環(huán)半徑向外C.向左 D.向右5如下圖所示，一位于xy平面內(nèi)的矩形通電線(xiàn)圈只能繞ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行，線(xiàn)圈中電流方向如圖，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)時(shí)，線(xiàn)圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？【 】 A. 方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)B. 方向沿

7、y軸的恒定磁場(chǎng)C. 方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)D. 方向沿z軸的變化磁場(chǎng)6如圖3-4-7所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度B.天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線(xiàn)圈，寬為L(zhǎng)，共N匝，線(xiàn)圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面.當(dāng)線(xiàn)圈中通有電流I(方向如圖)時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m、m的砝碼，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，天平重新平衡.由此可知【 】圖3-4-7 (A）B方向垂直紙面向里，大小為(m-m)g/NI L(B)B的方向垂直紙面向里，大小為mg/2NI L (C)B的方向垂直紙面向外，大小為(m-m)g/NI L (D)B的方向垂直紙面向外，大小為mg/2NI

8、 L7如圖3-4-8所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)與磁鐵垂直，給導(dǎo)線(xiàn)通以垂直紙面向外的電流，則【 】圖3-4-8 (A)磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用 (B)磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用 (C)磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用(D)磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用8在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.3T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一根長(zhǎng)10cm的直導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)I2A的電流.求以下情況，導(dǎo)線(xiàn)所受的安培力：(1)導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向垂直；(2)導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向的夾角為30；(3)導(dǎo)線(xiàn)和磁場(chǎng)方向平行.圖3-4-89在兩個(gè)傾角均為的光滑斜面上，放有一個(gè)相同

9、的金屬棒，分別通以電流I1和I2，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，方向如圖3-4-8中(a)、(b)所示，兩金屬棒均處于平衡狀態(tài)，則兩種情況下的電流強(qiáng)度的比值I1：I2為多少？【素質(zhì)提高】圖3-4-910如圖3-4-9所示，兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場(chǎng)力大小為F1當(dāng)加入一與導(dǎo)線(xiàn)所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，a受到磁場(chǎng)力大小變?yōu)镕2，則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)?【 】（A）F2 （B）F1-F2 （C）F1+F2 圖3-4-10（D）2F1-F211.如圖3-4-10所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)AB放在相互平行的金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，通過(guò)的電流為I，垂直于紙面的勻強(qiáng)磁

10、場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則AB所受的磁場(chǎng)力的大小為【 】ABIL BBIdcos CBId/sin DBIdsin12應(yīng)用通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力的原理，可以制成靈敏的電流天平。用電流天平可以測(cè)出通電導(dǎo)線(xiàn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力大小，從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖3-4-11圖3-4-12整個(gè)裝置如圖3-4-11甲所示，它的橫臂（圖3-4-11乙）能繞通過(guò)點(diǎn)和的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的左右兩側(cè)臂長(zhǎng)相等。在軸的一側(cè)，沿著橫臂的邊沿固定一條U形絕緣導(dǎo)線(xiàn)，這樣在天平的一端就有了一段短直線(xiàn)CD，它的長(zhǎng)度是L。天平的另一端可以懸砝碼或金屬絲等輕小物體。調(diào)整天平使它平衡，把有U形導(dǎo)線(xiàn)的一端放入待測(cè)的磁場(chǎng)中，如圖3-4-12所示，然后給U形導(dǎo)線(xiàn)通電，如果磁場(chǎng)方向和U形導(dǎo)*線(xiàn)中的電流方向如圖所示，CD段導(dǎo)線(xiàn)就受到一個(gè)向下的安培力，天平因而傾斜，