2019-2020年滬科版物理高二上9-B《磁場對電流的作用 左手定則》學(xué)案.doc

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2019-2020年滬科版物理高二上9-B磁場對電流的作用 左手定則學(xué)案考點突破一、對磁感應(yīng)強度的理解1.磁感應(yīng)強度是反映磁場性質(zhì)的物理量，是用比值法定義的.2.勻強磁場：磁感應(yīng)強度處處相同，磁感線是一組平行且等間距的直線.【例1】關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是( )A.一小段通電導(dǎo)線放在B為零的位置，那么它受到的磁場力也一定為零B.通電導(dǎo)線所受的磁場力為零，該處的磁感應(yīng)強度也一定為零C.放置在磁場中1 m長的通電導(dǎo)線，通過1 A的電流，受到的磁場力為1 N，則該處的磁感應(yīng)強度就是 1 TD.磁場中某處的B的方向跟電流在該處受到的磁場力F的方向相同跟蹤訓(xùn)練1下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是（ ）A只有磁鐵周圍才存在磁場B磁場是假想的，不是客觀存在的C磁場的方向就是小磁針靜止時南極所指的方向D磁極與磁極，磁極與電流、電流與電流之間都是通過磁場發(fā)生相互作用二、通電導(dǎo)體在安培力作用下運動的判斷判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向.現(xiàn)對五種常用的方法列表如下：【例2】如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動.當(dāng)導(dǎo)線中通有如圖所示方向的電流I時，試判斷導(dǎo)線的運動情況.跟蹤訓(xùn)練2、如圖 913 所示，把輕質(zhì)線圈用細(xì)線掛在磁鐵 N 極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈的平面當(dāng)線圈內(nèi)通過圖示方向的電流時，線圈運動的情況是( )A線圈向磁鐵靠攏B線圈遠(yuǎn)離磁鐵C線圈不動D無法確定三、與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題1.安培力的大小安培力常用公式F=BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時要滿足：(1)B與L垂直；(2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度；如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端.因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和為零.2.通電導(dǎo)線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路(1)選定研究對象;(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安 B、F安I.(3)列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進行求解.3.安培力做功的特點和實質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑無關(guān).(2)安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的作用.安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能.安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能.【例3】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角=37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B=0.50 T，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場.金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E=4.5 V、內(nèi)阻r=0.50 的直流電源.現(xiàn)把一個質(zhì)量m=0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止.導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin37=0.60,cos37=0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力.跟蹤訓(xùn)練3、如圖所示在傾角為的斜面上，固定一金屬框，寬為 L，接入電動勢為 E，電池內(nèi)阻不計垂直框面放有一根質(zhì)量為 m 的金屬棒 ab，它與框架的動摩擦因數(shù)為.整個裝置放在磁感應(yīng)強度為 B, 垂直框面向上的勻強磁場中當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器 R 的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬棒靜止在框架上？(框架與棒的電阻不計)四、對磁通量的理解1、定義：磁感應(yīng)強度與垂直磁場方向的面積的乘積叫做穿過這個面的磁通量，其物理意義是穿過某一面積的磁感線 條數(shù) 2、定義式：BScos，式中 Scos為面積 S 在垂直于磁場方向的平面(中性面)上投影的大小，是面積 S 所在平面的法線方向與磁場方向的夾角3、磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)，其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向(如平面法線的方向)是相同還是相反若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為1，反向磁感線條數(shù)為2，則磁通量等于穿過平面的合磁通(磁通量的代數(shù)和)，即12.4、單位：韋伯，符號是Wb.1Wb1Tm【例4】如圖所示，水平放置的扁平條形磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一線框，線框平面與磁鐵垂直，當(dāng)線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的過程中，穿過它的磁通量的變化是（ ）A先減小后增大B始終減小C始終增大D先增大后減小跟蹤訓(xùn)練4、如圖所示，兩個同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直，通過兩圓環(huán)的磁通量a、b 的關(guān)系為（ ）AabB a bC a bD不能確定當(dāng)堂檢測1、如圖，質(zhì)量為、長為的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于，并處于勻強磁場中。當(dāng)導(dǎo)線中通以沿正方向的電流，且導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為。則磁感應(yīng)強度方向和大小可能為(A) 正向， (B)正向， (C) 負(fù)向， (D)沿懸線向上，2、自然界的電、熱和磁等現(xiàn)象都是相互聯(lián)系的，很多物理學(xué)家為尋找它們之間的聯(lián)系做出了貢獻。下列說法正確的是（ ）A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系B.歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，說明了熱現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間存在聯(lián)系C.法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，揭示了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間的聯(lián)系D.焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)，定量經(jīng)出了電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系3、為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是（ ）4、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磁場中，磁感應(yīng)強度為，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強度為的電流時，該形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為（A）0 （B）0.5 （C） （D）5、如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6102 kg的通電直導(dǎo)線，電流強度I1 A，方向垂直于紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t0時，B0，則需要幾秒，斜面對導(dǎo)線的支持力為零？(g取10 m/s2)課后練習(xí)1一段直導(dǎo)線L1 m，其中通有I1 A的電流，受到垂直于紙面向外的大小為F1 N的磁場力作用，據(jù)此()A既可以確定這個磁場的磁感應(yīng)強度的大小，又可以確定磁感應(yīng)強度的方向B僅能確定磁感應(yīng)強度的大小，不能確定磁感應(yīng)強度的方向C僅能確定磁感應(yīng)強度的方向，不能確定磁感應(yīng)強度的大小D磁感應(yīng)強度的大小和方向均無法確定2將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖23所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從上往下看()A圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵B圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵C圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵D圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠(yuǎn)離磁鐵3如圖所示，金屬細(xì)棒質(zhì)量為m，用兩根相同輕彈簧吊放在水平方向的勻強磁場中，彈簧的勁度系數(shù)為k，棒ab中通有穩(wěn)恒電流，棒處于平衡，并且彈簧的彈力恰好為零若電流大小不變而方向相反，則()A每根彈簧彈力的大小為mgB每根彈簧彈力的大小為2mgC彈簧形變量為mg/kD彈簧形變量為2mg/k4如圖所示是云層之間閃電的模擬圖，圖中A、B是位于東、西方向帶有電荷的兩塊陰雨云，在放電的過程中，在兩云的尖端之間形成了一個放電通道，發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里，S極轉(zhuǎn)向紙外，則關(guān)于A、B帶電情況的說法中正確的是()A帶同種電荷 B帶異種電荷CB帶正電 DA帶正電5有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖在圖中所示的平面內(nèi)，O點為兩根導(dǎo)線連線的中點，M、N為兩導(dǎo)線附近的兩點，它們在兩導(dǎo)線連線的中垂線上，且與O點的距離相等若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應(yīng)強度，下列說法中正確的是()AM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同BM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反C在線段MN上各點的磁感應(yīng)強度都不可能為零D在線段MN上只有一點的磁感應(yīng)強度為零6一段長0.2 m，通過2.5 A電流的直導(dǎo)線，關(guān)于在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中所受安培力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，通電導(dǎo)線一定與B平行7如圖所示，平行于紙面水平向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B11 T位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線，長L1 m，通有I1 A的恒定電流當(dāng)導(dǎo)線與B1成60夾角時，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零則該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2的大小可能為()A. TB. TC1 T D. T8如圖所示，質(zhì)量為m的回形針系在細(xì)線下端被磁鐵吸引保持靜止，此時細(xì)線與豎直方向的夾角為 ，則下列說法正確的是()A回形針靜止時受到的磁鐵對它的磁力大小為mgtanB回形針靜止時受到的細(xì)線的拉力大小為mgcosC現(xiàn)用點燃的火柴對回形針加熱，過一會發(fā)現(xiàn)回形針不被磁鐵吸引了，原因是回形針加熱后，分子電流排列無序了D現(xiàn)用點燃的火柴對回形針加熱，過一會發(fā)現(xiàn)回形針不被磁鐵吸引了，原因是回形針加熱后，分子電流消失了9如圖所示，在傾角為的光滑斜面上，垂直斜面放置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)線，當(dāng)通以電流I時，欲使導(dǎo)線靜止在斜面上，外加勻強磁場B的大小和方向可能是()ABmgtan/(IL)，方向垂直斜面向上BBmgsin/(IL)，方向垂直斜面向下CBmgtan/(IL)，方向豎直向上DBmg/(IL)，方向水平向右10如圖所示，用粗細(xì)均勻的電阻絲折成平面梯形框架，ab、cd邊均與ad邊成60角，abbccdL，長度為L的電阻絲電阻為r，框架與一電動勢為E，內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則框架受到的安培力的合力大小為()A0 B.C. D.11、水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(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，并加一個范圍較大的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右斜上方，如圖所示，問：(1)當(dāng)ab棒靜止時，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B的方向如何？參考答案例1、【答案】選A.【詳解】根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義，A選項對.B選項通電導(dǎo)線(電流I)與磁場方向平行時，磁場力為零，磁感應(yīng)強度不為零，B選項錯. C選項只有通電導(dǎo)線(電流I)與磁場方向垂直時，該處磁感應(yīng)強度大小才為1 T，C選項錯. D選項B與F方向一定垂直，D選項錯.例2、【詳解】(1)根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其運動情況.將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，由左手定則可得AO段所受安培力的方向垂直于紙面向外，BO段所受安培力的方向垂直于紙面向里，可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點逆時針轉(zhuǎn)動.(2)根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時的特殊位置判斷其上下運動情況.如圖所示，導(dǎo)線AB此時所受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運動.(3)由上述兩個特殊位置的判斷可知，當(dāng)導(dǎo)線不在上述的特殊位置時，所受安培力使AB逆時針轉(zhuǎn)動的同時還要向下運動.例3、【答案】(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下 【詳解】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律 (2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N (3)將重力正交分解，設(shè)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面的分力為F1，則F1=mgsin37=0.24 N 所以F1F安,導(dǎo)體棒受力如圖,根據(jù)平衡條件有mgsin37+Ff=F安 解得Ff=0.06 N，方向沿斜面向下 例4、D跟蹤訓(xùn)練1、D 2、A3、當(dāng)堂檢測1、【答案】選BC.【詳解】對于A選項，安培力水平向內(nèi)，三力合力不可能為零,A錯誤；對于B選項，安培力豎直向上，當(dāng)安培力時，可以平衡，此時，B選項正確；對于C選項，安培力水平向外，三力平衡時安培力，此時，C選項正確；對于D選項，安培力垂直于繩子的方向向內(nèi)，三力不可能平衡，D錯誤.2、【答案】選ACD。【詳解】奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，故A正確；歐姆定律是反映了導(dǎo)體中的電流與電壓和電阻的關(guān)系，B錯誤；法拉第實現(xiàn)了轉(zhuǎn)磁為電的夢想，揭示了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象的關(guān)系，故C正確；焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)，并且定量給出了電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，故D正確.3、【答案】選B。【詳解】由于地磁場的北極在地球的南極附近，由安培定則可知，安培假設(shè)中環(huán)形電流方向如B圖所示，故A、C、D錯，B正確。4、答案：C解析：導(dǎo)線有效長度為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算。難度：易。5、【答案】5 s【詳解】斜面對導(dǎo)線的支持力為零時導(dǎo)線的受力如圖所示由平衡條件FTcos37FFTsin37mg由解得：F代入數(shù)值得：F0.8 N由FBIL得B T2 TB與t的變化關(guān)系為B0.4t解得t5 s課后練習(xí)1、【答案】D【詳解】考慮到I與B的方向不明確，無法用B確定磁感應(yīng)強度的大??；僅知道F的方向，無法用左手定則判斷磁感應(yīng)強度的方向故選D.2、【答案】C【詳解】該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，根據(jù)同極相互排斥，異極相互吸引，可得C項正確3、【答案】AC【詳解】彈簧的彈力恰好為零，說明安培力應(yīng)向上與重力平衡，即F安mg，若電流大小不變而方向相反時，則安培力應(yīng)向下，但大小不變，彈簧彈力與安培力和重力平衡，即2kxF安mg2mg，所以每根彈簧彈力的大小為mg，彈簧形變量為mg/k，選項A、C正確4、【答案】BD【詳解】云層間閃電必須發(fā)生在異種電荷之間，故B正確；在云層間放電時，形成的強電場和高溫將空氣電離成正離子和負(fù)離子，并在強電場的作用下做定向移動，形成電流，所以此題是考查通電直導(dǎo)線的右手定則，由題意知，從西向東看，磁場是逆時針的，根據(jù)右手定則可以判斷電流是從A流向B的，故可知A帶正電，B帶負(fù)電，所以D選項正確5、【答案】選BD.【詳解】根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理，M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反，選項A錯B對；在線段MN上只有在O點處，a、b兩電流形成的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向，即只有O點處的磁感應(yīng)強度為零，選項C錯D正確6、【答案】選C.【詳解】當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向垂直放置時，F(xiàn)BIL，力最大，當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向平行放置時，F(xiàn)0，當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向成任意其他角度放置時，0FBIL，A、D不正確，C正確；磁感應(yīng)強度是磁場本身的性質(zhì)，與受力F無關(guān)，B不正確7、【答案】選BCD.【詳解】導(dǎo)線受到的安培力為零，可判斷出合磁感應(yīng)強度為零或沿導(dǎo)線方向，可求出磁感應(yīng)強度B2的最小值，B2小B1sin60 T，故B、C、D均正確8、【答案】選C.【詳解】回形針靜止時受到的磁鐵對它的磁力大小和方向都不確定，拉力大小也不能確定，故A、B錯誤；對回形針加熱，回形針磁性消失是因為分子電流排列無序了，所以選項C正確，D錯誤9、【答案】選B.【詳解】B方向垂直斜面向上，由左手定則可知，安培力方向沿斜面向下，導(dǎo)線不可能靜止，A錯；同理可知C、D錯；B方向垂直斜面向下，安培力沿斜面向上，由平衡條件得：BILmgsin，解得B，故B項對10、【答案】選C.【詳解】總電阻Rrr，總電流I，梯形框架受的安培力可等效為I通過ad邊時受到的安培力，F(xiàn)BIBI2L，所以C選項正確11、【答案】(1)mg(2)Bmin水平向右從b向a看側(cè)視圖如圖所示【詳解】(1)水平方向：fF安sin 豎直方向：NF安cos mg又F安BILBL聯(lián)立得：Nmgf(2)使ab棒受支持力為零，且讓磁場最小，則受安培力豎直向上則有F安mg，Bmin，根據(jù)左手定則判定磁場方向水平向右