高中物理選修3-1第1部分 第三章《磁場》第2節(jié) 磁場對通電導線的作用——安培力 教科

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歡迎進入物理課堂 第三章 第2節(jié) 理解教材新知 把握熱點考向 應用創(chuàng)新演練 知識點一 知識點二 考向一 考向三 隨堂基礎鞏固 課時跟蹤訓練 考向二 1 磁場對通電導線的作用力稱為安培力 安培力的方向由左手定則判定 2 當通電導線與磁場方向平行時 導線不受安培力 當通電導線與磁場方向垂直時 導線受安培力作用 其大小為F BIL 3 電動機是靠安培力做功 將電能轉化成機械能的裝置 1 探究磁場對通電導線的作用 1 實驗原理 將通電導線置于磁場中 它將受到力的作用 取一蹄形磁鐵 認為它的兩極間的磁場均勻 將一通電線框置于蹄形磁鐵的兩極間 電流的大小可以由滑動變阻器調節(jié) 通電導線在磁場中的長度可由并用的磁鐵數(shù)目改變 安培力的大小可通過彈簧測力計的讀數(shù)求出 自學教材 2 實驗裝置 如圖3 2 1所示 3 實驗器材 鐵架臺 蹄形磁體 2個 線框 彈簧測力計 電流表 電源 滑動變阻器 開關 導線若干 圖3 2 1 4 實驗過程 按如圖3 2 1所示裝置安裝 連接實驗器材 并使線框下端與磁場方向垂直 在接通電路前先觀察并記錄下彈簧測力計的讀數(shù)F0 接通電路 調節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為I1 記錄彈簧測力計的讀數(shù)F1 繼續(xù)調節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為I2 I3 In 觀察并記錄彈簧測力計相應的讀數(shù)F2 F3 Fn 分別計算出F1 F0 F2 F0 F3 F0 Fn F0 并填入表格中 列出Ii與Fi F0 i 1 2 3 n 的對應關系 緊挨著蹄形磁體再并排放上一個相同的蹄形磁體 相同的極性在同一側 仍保持線框的豎直邊在磁場區(qū)外 重復 過程 5 實驗結論 當通電導線與磁場方向平行時 導線不受力 當通電導線與磁場方向垂直時 磁場對通電導線有力的作用 力的大小與導線中的電流 導線長度和磁場強弱有關 精確實驗表明 通電導線與磁場方向垂直時 磁場對通電導線作用力的大小與導線長度和電流大小都成正比 比例系數(shù)與導線所在位置的磁場強弱有關 2 安培力的大小和方向 1 定義 磁場對通電導線的作用力 2 公式 F ILB 式中I的單位為安 A L的單位為米 m F的單位為牛 N 3 安培力方向的判定 左手定則內容 伸出左手 四指并攏 使大拇指和其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面內 讓磁感線垂直穿過手心 四指指向沿電流方向 則大拇指所指方向就是通電導線所受安培力的方向 如圖3 2 2所示 圖3 2 2 重點詮釋 1 對安培力的理解 1 公式F ILB是在通電導線與磁場方向垂直的情況下得出的 2 安培力方向的特點 通電導線在磁場中受到的安培力方向 既與電流方向垂直 又與磁場方向垂直 或者說安培力方向垂直于電流方向和磁場方向所確定的平面 3 當電流方向跟磁場方向不垂直時 安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面 所以仍可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 4 注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向的關系 安培力的方向總是與磁場的方向垂直 而電場力的方向與電場的方向平行 5 安培定則和左手定則的區(qū)別 安培定則確定的是電流方向和由電流產生的磁場方向之間的關系 左手定則確定的是磁場方向 電流方向和電流所受磁場的作用力 安培力 的方向之間的關系 2 電場力與安培力的區(qū)別 1 在圖3 2 3中標出了磁場的方向 通電直導線中電流I的方向 以及通電直導線所受安培力F的方向 其中正確的是 圖3 2 3 解析 B選項導線和磁場方向平行 故通電導線不受安培力作用 再由左手定則 C選項正確 A D錯誤 答案 C 自學教材 1 直流電動機的工作原理 1 直流電動機的構造 如圖3 2 4所示是一個直流電動機的工作模型 由磁場 磁體 轉動線圈 滑環(huán) 兩個半圓環(huán)A和B 電刷及電源組成 圖3 2 4 2 工作原理 當電流由半圓環(huán)A流入時 則從B流出 當電流由B流入時 則從A流出 因此 滑環(huán)在其中起了一個換向器的作用 當線圈通電后 由于受到安培力的作用 線圈在磁場中旋轉起來 2 電動機的分類 1 直流電動機 2 交流電動機 重點詮釋 1 兩個半圓環(huán)A和B的作用是改變線圈中的電流方向 從而確保線圈中安培力的方向與線圈轉動方向一致 2 無論直流電動機還是交流電動機 無論其結構多復雜 但都是利用磁場對通電導線的作用把電能轉化為機械能的 2 下列關于直流電動機的說法 錯誤的是 A 直流電動機是將電能轉化為機械能的裝置B 直流電動機能把電能全部轉化為動能C 直流電動機是依靠磁場對電流的作用工作的D 直流電動機工作時也會有發(fā)熱現(xiàn)象 是電流的熱效應 解析 從能量角度來看直流電動機是把電能轉化成機械能的裝置 其工作原理是利用了磁場對電流的作用 但由于線圈有一定的電阻 直流電動機在工作過程中會產生一定的焦耳熱 答案 B 例1 如圖3 2 5所示 一金屬直桿MN兩端接有導線 懸掛于線圈上方 MN與線圈軸線均處于豎直平面內 為使MN垂直于紙面向外運動 可以 圖3 2 5 A 將a c端接在電源正極 b d端接在電源負極B 將b d端接在電源正極 a c端接在電源負極C 將a d端接在電源正極 b c端接在電源負極D 以上判斷都不正確 思路點撥 首先分析導線MN處線圈產生的磁場分布情況 再根據(jù)左手定則判斷MN的受力情況 解析 按照A選項中接法 由安培定則知螺線管上端為N極 MN中電流方向自左向右 由左手定則知MN垂直于紙面向外運動 B選項中的接法使螺線管上端為S極 MN中電流方向自右向左 故由左手定則可判斷 MN垂直于紙面向外運動 所以A B正確 而C選項中螺線管上端為S極 MN中電流方向自左向右 則由左手定則可判知 MN垂直于紙面向內運動 所以選項C不正確 答案 AB 對于這類 安培定則 左手定則 同時應用的題目 弄清它們的應用范圍是分析問題的關鍵 安培定則適用于分析 因電而生磁 類問題 而 左手定則 適用于分析 因電而受力 類問題 1 如圖3 2 6所示 一根長直導線穿過載有恒定電流的金屬環(huán)的中心且垂直于環(huán)面 導線中和環(huán)中電流方向如圖所示 那么金屬環(huán)受到的磁場力為 A 沿圓環(huán)半徑向外B 等于零C 沿圓環(huán)半徑向內D 水平向左 圖3 2 6 解析 環(huán)形電流與直線電流激發(fā)的磁場處處平行 故環(huán)形電流I1不受磁場力 故B正確 答案 B 例2 如圖3 2 7所示 把輕質導電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近 磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面 當線圈內通入如圖方向的電流后 則線圈 A 向左運動B 向右運動C 靜止不動D 無法確定 圖3 2 7 審題指導 解答本題應注意以下三點 1 熟悉條形磁鐵周圍空間的磁場分布 2 通電線圈可等效成小磁針 3 通電線圈也可看成由許多電流元組成 解析 法一 等效法 把通電線圈等效成小磁針 由安培安則 線圈等效成小磁針后 左端是S極 右端是N極 異名磁極相吸引 線圈向左運動 法二 電流元法 如圖所示 取其中的上 下兩小段分析 根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左 故線圈向左運動 答案 A 判斷安培力作用下導體運動方向的常用方法 2 如圖3 2 8所示 在蹄形磁鐵的上方用橡皮繩懸掛一根直導線CD 當導線中通有沿CD方向的電流時 在磁場力的作用下 直導線CD將 A 向下平動 橡皮繩再伸長一些B 向紙面外平動 橡皮繩再伸長一些C C端向紙面外轉動 D端向紙里轉動 橡皮繩再伸長一些D D端向紙面外轉動 C端向紙里轉動 橡皮繩縮短一些 圖3 2 8 解析 用左手定則判斷導線CD左邊受安培力垂直紙面向外 導線CD右邊受安培力垂直于紙面向里 故C端向紙面外轉動 D端向紙面里轉動 同時CD還受到向下的安培力 故橡皮繩中張力增大 橡皮繩的伸長量也增大一些 故C正確 答案 C 例3 在傾角為 的光滑斜面上 放置一通有電流I 長l 質量為m的導體棒 如圖3 2 9所示 試問 1 欲使棒靜止在斜面上 外加勻強磁場的磁感應強度B的最小值和方向 2 欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力 外加勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向 圖3 2 9 審題指導 解答本題時應注意以下三點 1 斜面光滑 棒不受摩擦力作用 棒靜止 其合力為零 2 導體棒平衡 所受安培力最小 對應磁感應強度最小 3 若棒對斜面無壓力 必有安培力與棒重力等大反向 這是一道力 電 磁綜合問題 解決這類問題的基本思路是 1 若是立體圖 則先將立體圖轉換為平面圖 2 對物體受力分析 要注意安培力方向的確定 3 根據(jù)平衡條件或物體的運動狀態(tài)列出方程 4 如果用到其他規(guī)律 如閉合電路歐姆定律 牛頓第二定律 能量的轉化與守恒等 也要列出相應的方程 5 解方程求解并驗證結果 點擊下圖片進入 隨堂基礎鞏固 點擊下圖片進入 課時跟蹤訓練 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全