2019-2020年高中物理 5.4《探究安培力》學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 5.4《探究安培力》學(xué)案 滬科版選修3-1 【知識(shí)要點(diǎn)】 一． 安培力 1、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫做安培力。 （1）大小計(jì)算：當(dāng)L∥B時(shí)，F(xiàn)= 。 當(dāng)L⊥B時(shí)，F(xiàn)= 。（此時(shí)安培力最大） ①L是有效長(zhǎng)度：彎曲導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度 等于兩端點(diǎn)所連直線(xiàn)的長(zhǎng)度；相應(yīng)的電流方向，沿L 由始端流向未端． 因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線(xiàn)圈，其有效長(zhǎng)度L＝0，所以通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力的矢量和一定為零． ②公式的適用條件：一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)．若B不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則L應(yīng)足夠短以至可將L所在處的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)． （2）安培力的方向: 方向判定：左手定則。安培力的方向一定垂直于B和I，即總是垂直于B、I所決定的平面。（注意：B和I間可以有任意夾角） 【學(xué)法指導(dǎo)】 一 ．右手螺旋定則（安培定則）與左手定則的區(qū)別 右手螺旋定則（安培定則） 左手定則 作用 判斷電流的磁場(chǎng)方向 判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向 內(nèi)容 具體情況 直線(xiàn)電流 環(huán)形電流或通電螺線(xiàn)管 電流在磁場(chǎng)中 原因 大拇指指向電流的方向 四根手指彎曲方向指向電流的環(huán)繞方向 磁感線(xiàn)穿過(guò)手掌心 四指指向電流方向 結(jié)果 四根手指彎曲方向表示磁感線(xiàn)的方向 大拇指指向軸線(xiàn)上的磁感線(xiàn)方向 大拇指指向電流受到的磁場(chǎng)力的方向 二、判定安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向 常用方法有以下四種： 1．電流元法：即把整段電流等效為多段直線(xiàn)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作用力方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向． 例1．如圖所示，一個(gè)閉合線(xiàn)圈套在條形磁鐵靠近N極的一端，當(dāng)線(xiàn)圈內(nèi)通以圖示方向的電流I時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（ B ） ①線(xiàn)圈圓面將有被拉大的傾向 　 ③線(xiàn)圈將向S極一端平移 ②線(xiàn)圈圓面將有被壓小的傾向 　 ④線(xiàn)圈將向N極一端平移 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 例2．如圖，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線(xiàn)水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線(xiàn)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)通入圖示方向電流時(shí)，從上往下看，導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況是（ C ） A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 B．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升 C．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 D．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升 2．特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向． 3．等效法：環(huán)形電流可以等效小磁針，通電螺線(xiàn)管可以等效為條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線(xiàn)管． 通電螺線(xiàn)管可以等效成多匝的環(huán)形電流． 例3．用彎曲的導(dǎo)線(xiàn)把一銅片和一鋅片相連裝在一絕緣的浮標(biāo)上，然后把浮標(biāo)放在含有稀硫酸的容器中．設(shè)開(kāi)始放置時(shí)，環(huán)面的軸線(xiàn)為東西向，放手后， 由于地磁場(chǎng)的作用，環(huán)面的軸線(xiàn)將會(huì)靜止在　　　向上．整個(gè)裝置如圖所示． 例4．如圖所示，水平放置的條形磁鐵N極的附近懸掛著一個(gè)能自由運(yùn)動(dòng)的圓形導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈與條形磁鐵處在同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)線(xiàn)圈中通以圖示方向的電流時(shí)，從上向下看，線(xiàn)圈將（　?。? 例5．實(shí)驗(yàn)表明電流和電流之間也會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生相互作用：兩條平行的直導(dǎo)線(xiàn)當(dāng)通以相同方向的電流時(shí)，它們相互吸引；當(dāng)通以相反方向的電流時(shí)，它們相互推斥．試解釋之． 例6．兩條通電的直導(dǎo)線(xiàn)互相垂直，但兩導(dǎo)線(xiàn)相隔一小段距離，其中導(dǎo)線(xiàn)AB是固定的，另一條CD能自由轉(zhuǎn)動(dòng)．通以圖示方向的直流電后，CD導(dǎo)線(xiàn)將( B) A．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線(xiàn)AB B．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線(xiàn)AB C．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離導(dǎo)線(xiàn)AB D．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離導(dǎo)線(xiàn)AB 4．利用結(jié)論法： （1）兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥． （2）兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)．利用這些結(jié)論分析，可以事半功倍． 例7．如圖所示，在通電長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的旁邊放一個(gè)可以自由移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形通電線(xiàn)圈，線(xiàn)圈和導(dǎo)線(xiàn)在同一平面上，它的a、c兩邊和導(dǎo)線(xiàn)平行．試討論一下線(xiàn)圈各邊的受力情況．線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中將怎樣運(yùn)動(dòng)？（遠(yuǎn)離I方向運(yùn)動(dòng)） 【典型例析】 例8．如圖1所示，垂直折線(xiàn)abc中通入I的電流。ab=bc=L，折線(xiàn)所在平面與勻強(qiáng)磁感強(qiáng)度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的電流I）所受安培力，即F1= ，方向同樣由等效電流ac判定為在紙面內(nèi)垂直于ac斜向上，同理可以推知： i 如圖2所示，半圓形通電導(dǎo)線(xiàn)受安培力F2= 圖1 圖3 圖2 ii 如圖3所示，閉合的通電導(dǎo)線(xiàn)框受安培力F3= （ ；F=BI2R；F=0。） 例9、如圖所示為一通電直導(dǎo)線(xiàn)，該導(dǎo)線(xiàn)中每米長(zhǎng)度內(nèi)有n個(gè)自由電荷，每個(gè)自由電荷的電量均為q，它們的定向移動(dòng)速率均為v，現(xiàn)加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線(xiàn)垂直，磁感強(qiáng)度為B，則磁場(chǎng)對(duì)這條導(dǎo)線(xiàn)上長(zhǎng)度為l一段的安培力大小應(yīng)是（ A ） A．nqvBl B．nqBl/v C．qBl/nv D．qvBl/n 【基礎(chǔ)訓(xùn)練】 1．指出如圖所示六種情況中通電導(dǎo)體棒ab所受的各個(gè)力的方向與大小．設(shè)棒長(zhǎng)為l，通電電流為I，磁感強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒光滑． 2．質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ．有電流時(shí)，ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖所示；下圖是它的四個(gè)側(cè)視圖，圖中已標(biāo)出四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是（ ） a b c d M N 3．通電矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd與無(wú)限長(zhǎng)通電導(dǎo)線(xiàn)MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行，關(guān)于 MN的磁場(chǎng)對(duì)線(xiàn)框的作用，下列敘述正確的是（ BC ） A、線(xiàn)框有兩條邊所受的安培力方向相同； B、有兩條邊所受的安培力大小相同； C、線(xiàn)框所受安培力的合力向左； D、線(xiàn)框?qū)⒁詀b邊為軸向外轉(zhuǎn)動(dòng)； 4．如圖所示。一個(gè)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)圈中的電流方向如圖，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)。（B） A．方向沿x軸正向的恒定磁場(chǎng) B．方向沿y軸的正向恒定磁場(chǎng) C．方向沿z軸的正向恒定磁場(chǎng) D．方向沿z軸的正向變化磁場(chǎng) 5、如圖所示，接通電鍵K的瞬間，用絲線(xiàn)懸掛于一點(diǎn)，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的通電直導(dǎo)線(xiàn)AB 將( ) A.A端向上，B端向下，懸線(xiàn)張力不變； B.A端向下，B端向上，懸線(xiàn)張力不變； C.A端向紙外，B端向紙內(nèi)，懸線(xiàn)張力變?。?D.A端向紙內(nèi)，B端向紙外，懸線(xiàn)張力變大。 6．如圖，在XOY平面中有一通電導(dǎo)線(xiàn)與OX、OY軸相交，導(dǎo)線(xiàn)中電流方向如圖所示， 該區(qū)域有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，通電直導(dǎo)線(xiàn)所受磁場(chǎng)力的方向與OZ軸的正方向相同。該磁 場(chǎng)的方向可能是……………………………………………………………（ BD ） A、沿X釉正方向； B、沿X軸負(fù)方向； C、沿Z軸正方向； D、沿Y軸負(fù)方向。