2018版高中物理 第3章 打開電磁學(xué)的大門 第1節(jié) 磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線學(xué)案 魯科版選修1-1

第1節(jié)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道左手定則，會(huì)用左手定則判斷安培力的方向(重點(diǎn)、難點(diǎn))2.知道影響安培力大小的因素會(huì)用公式FBIL進(jìn)行安培力的簡(jiǎn)單計(jì)算(重點(diǎn))3.了解線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，知道電動(dòng)機(jī)的工作原理(重點(diǎn))安 培 力 方 向 的 判 定1定義：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力2方向：用左手定則判斷左手定則：伸開左手，四指與拇指在同一平面內(nèi)并相互垂直，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流的方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向1當(dāng)通電直導(dǎo)線垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向時(shí)，安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同(×)2已知磁場(chǎng)方向和電流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁場(chǎng)方向和安培力的方向，判定電流的方向用右手(×)3只要電流的方向不與磁場(chǎng)平行，電流就會(huì)受到安培力()安培力的方向與通電直導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向有什么關(guān)系？【提示】與導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直1安培力的方向既與磁場(chǎng)方向垂直又與電流方向垂直但磁場(chǎng)方向與電流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面2當(dāng)磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向兩兩垂直時(shí)，只要已知其中任意兩個(gè)方向，就可以判斷第三者的方向3當(dāng)不能確定磁場(chǎng)方向和電流方向垂直時(shí)，若已知磁場(chǎng)方向(或電流方向)與安培力的方向，電流方向(或磁場(chǎng)方向)不唯一1下列圖示為通電直導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的不同方式，其中導(dǎo)線能受到安培力作用的是()【解析】由于B、D所示的電流方向與磁場(chǎng)方向平行故不受安培力，A、C所示電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，受安培力作用，A、C正確【答案】AC2如圖所示，表示磁場(chǎng)對(duì)直線電流的作用，其中不正確的是()【解析】磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力既與導(dǎo)線垂直又與磁感線垂直，用左手定則判斷可知，A、B、D圖均正確，C圖中安培力F的方向應(yīng)向下，故C圖不正確故選C.【答案】C3在地球赤道上空，沿東西方向水平放置一根通以由西向東的直線電流，則此導(dǎo)線()A受到豎直向上的安培力B受到豎直向下的安培力C受到由南向北的安培力D受到由西向東的安培力【解析】地球赤道上空地磁場(chǎng)的方向由南向北，根據(jù)左手定則知A對(duì)【答案】A安 培 力 大 小 的 計(jì) 算1大小(1)因素：如圖3­1­1所示，通電導(dǎo)線所受的安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小以及磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向的導(dǎo)線長(zhǎng)度有關(guān)圖3­1­1(2)大?。涸趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的大小等于電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積(3)公式表達(dá)：FBIl.2磁感應(yīng)強(qiáng)度的兩種定義(1)從磁感線角度定義為B.(2)從力的角度定義為B.1通電導(dǎo)線不受安培力的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零(×)2通電直導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受力一定大(×)3通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，受安培力最大()一個(gè)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力為零，能否說磁感應(yīng)強(qiáng)度就一定為零？【提示】不能，因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁場(chǎng)中若和磁感線平行，所受安培力就為零1若B與I(l)垂直時(shí)，F(xiàn)BIl，此時(shí)所受的安培力最大2若B與I(l)平行時(shí)，F(xiàn)0.3在計(jì)算安培力時(shí)，若放入磁場(chǎng)中的導(dǎo)線是彎曲導(dǎo)線，其安培力求解時(shí)應(yīng)用其長(zhǎng)度的有效值，即兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度如圖3­1­2所示：圖3­1­24下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152057】A如果通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受安培力，則該處不存在磁場(chǎng)B即使通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受安培力作用，該處也可能存在磁場(chǎng)C通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力大的位置磁場(chǎng)強(qiáng)D磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，通電導(dǎo)線受到的安培力越大【解析】當(dāng)通電導(dǎo)線平行磁場(chǎng)放置時(shí)，不受安培力的作用，故B正確，A錯(cuò)誤安培力的大小與通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流的大小、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及電流與磁場(chǎng)間的夾角有關(guān)系，故C、D均錯(cuò)誤所以正確選項(xiàng)為B.【答案】B5下列說法中正確的是()A沿著磁感線的方向磁感應(yīng)強(qiáng)度一定減小B若電流在某處不受安培力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C知道電流的方向，同時(shí)知道該電流在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受到的安培力的方向，就能確定該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向D電流所受到的安培力的方向一定與電流的方向垂直，也與電流所在處的磁場(chǎng)方向垂直【解析】磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與磁感線疏密有關(guān)，A錯(cuò)電流不受安培力可能是B為0，也可能是B與I平行，所以B錯(cuò)誤已知I、F的方向不能確定B的方向，C錯(cuò)誤F垂直于B、I形成的平面，則D正確【答案】D6. (多選)如圖3­1­3所示，金屬棒MN放置在處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行金屬導(dǎo)軌上，與金屬導(dǎo)軌組成閉合回路當(dāng)回路通有電流(電流方向如圖中所示)時(shí)，關(guān)于金屬棒受到安培力F的方向和大小，下列說法中正確的有() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152058】圖3­1­3AF方向向右BF方向向左C增大電流，F(xiàn)增大D增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，F(xiàn)減小【解析】由左手定則知A項(xiàng)對(duì)，由公式FBIl可知C項(xiàng)正確【答案】AC通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力大小與導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流的大小、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置方式有關(guān)，當(dāng)BI時(shí)，F(xiàn)BIl，當(dāng)BI時(shí)F0，當(dāng)B與I成一銳角時(shí)，F(xiàn)BIl sin .會(huì) 動(dòng) 的 線 圈 和 電 動(dòng) 機(jī)1通電線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)：線圈與磁場(chǎng)平行放置，當(dāng)線圈通有電流時(shí)，與磁場(chǎng)垂直的兩個(gè)邊會(huì)受到安培力作用，根據(jù)左手定則判斷知，兩個(gè)力方向相反，使線圈繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)2利用線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，人們制作了電流計(jì)，第一個(gè)磁電式電流計(jì)是安培制作的，由此實(shí)現(xiàn)了電流的定量測(cè)量3電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，直流電動(dòng)機(jī)還有換向器和電刷在線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向垂直的位置時(shí)，換向器的每個(gè)半環(huán)互換連接的電刷，使電流的方向發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)了線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)1電動(dòng)機(jī)是利用通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力來工作的()2電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能()在現(xiàn)代生活中，我們的身邊充滿著電器：洗衣機(jī)、電冰箱、錄音機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等你知道這些電器工作時(shí)共同的特點(diǎn)是什么嗎？工作原理又是什么呢？【提示】這些電器工作時(shí)的共同特點(diǎn)是都要使用電動(dòng)機(jī)而電動(dòng)機(jī)的原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用旋轉(zhuǎn)，從而起到了電動(dòng)的作用1工作原理給線圈通入方向合適的電流，可以使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電動(dòng)機(jī)是利用安培力來工作的2組成定子和轉(zhuǎn)子 (1)定子是電動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，可以是線圈，也可以是磁體(2)轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分直流電動(dòng)機(jī)中還有電刷和換向器，可以將電流持續(xù)地提供給線圈并適時(shí)地改變流入線圈的電流方向，它們能使轉(zhuǎn)子按一個(gè)方向持續(xù)地旋轉(zhuǎn)7.如圖3­1­4所示，O為圓心，和是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外用一根導(dǎo)線圍成如圖中KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過電流時(shí)(電源未在圖中畫出)，此時(shí)回路() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152059】圖3­1­4A將向左平動(dòng)B將向右平動(dòng)C將在紙面內(nèi)繞通過O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)DKL邊垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)【解析】電流I1在空間形成的磁場(chǎng)是以電流I1為圓心的一系列同心圓，其中四邊形線框的KN邊和LM邊均與磁場(chǎng)方向平行不受力作用由左手定則可判斷KL邊所受安培力垂直紙面向外，MN邊所受安培力垂直于紙面向里，故D項(xiàng)正確【答案】D8如圖3­1­5所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放有矩形線框abcd，線框可繞其中心軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，若線框中通入圖中所示電流試判斷此時(shí)線框的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(從上向下看)圖3­1­5【解析】根據(jù)左手定則，讓磁感線穿入手心，四指指向電流方向則大拇指所指的方向即通電導(dǎo)線所受安培力方向由此可判斷此時(shí)：ab邊受安培力方向垂直紙面向里，dc邊受安培力方向垂直紙面向外，而ad邊和bc邊此時(shí)不受安培力作用，因此線框ab邊向里轉(zhuǎn)，cd邊向外轉(zhuǎn)，即從上向下看線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【答案】從上向下看線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)6