2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 磁場與回旋加速器 5.4 探究安培力學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

5.4探究安培力學(xué) 習(xí) 目 標知 識 脈 絡(luò)1知道什么是安培力(重點)2知道左手定則的內(nèi)容，學(xué)會用左手定則判斷安培力的方向(重點)3掌握用安培力公式FBIL解答有關(guān)問題，通過安培力公式的應(yīng)用，培養(yǎng)空間想象能力(重點、難點)自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識梳理一、安培力的方向1安培力磁場對電流的作用力稱為安培力2左手定則伸開左手，使大拇指與其余四個手指垂直，且都跟手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線穿入手心，使四指指向電流方向，則大拇指所指的方向就是安培力的方向3安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系FB，F(xiàn)I，即F垂直于電流方向和磁場方向所決定的平面二、安培力的大小1因素通電導(dǎo)體在磁場中受到的安培力的大小，跟導(dǎo)體的長度L、導(dǎo)體中的電流I、磁感應(yīng)強度B都成正比2計算公式(1)當電流方向與磁場方向垂直時，F(xiàn)BIL.(2)當電流方向與磁場方向夾角為時，F(xiàn)BILsin_.(3)當電流方向與磁場方向平行時，F(xiàn)0.基礎(chǔ)自測1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用()(2)通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直()(3)應(yīng)用左手定則時，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向()(4)安培力的大小由電流強度、磁感應(yīng)強度兩個因素決定()(5)將長度為L、電流強度為I的導(dǎo)體放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中，導(dǎo)體所受安培力的大小一定是FBIL.()(6)通電導(dǎo)線放入磁場中不受安培力的作用，則通電導(dǎo)線一定和磁場方向平行()【提示】(1)通電直導(dǎo)線與磁場方向平行時，不受安培力(4)安培力的大小還跟導(dǎo)體長度有關(guān)(5)只有在電流方向與磁場方向垂直時才有FBIL.2一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示當沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()DA圖中I與B平行應(yīng)不受安培力，故A錯誤，由左手定則知B、C錯誤，D正確3.如圖541所示，長為2L的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60的V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B，當在該導(dǎo)線中通以電流強度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()【導(dǎo)學(xué)號：69682264】圖541A0B0.5BILCBILD2BILCV形通電導(dǎo)線的等效長度為L，故安培力的大小為BIL，C正確合 作 探 究攻 重 難安培力的方向與安培力作用下導(dǎo)體的運動1安培力的方向(1)安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，但B與I不一定垂直(2)已知I、B的方向，可唯一確定F的方向；已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時，可唯一確定I的方向；已知F、I的方向時，磁感應(yīng)強度B的方向不能唯一確定2判斷導(dǎo)體在磁場中運動情況的五種常用方法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運動方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立然后根據(jù)同極相斥、異極相吸或者根據(jù)同向電流相吸、反向電流相斥判斷相互作用情況結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題時，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，當兩線圈通以如圖542所示的電流時，從左向右看，線圈L1將()圖542A不動B順時針轉(zhuǎn)動C逆時針轉(zhuǎn)動D向紙面內(nèi)平動思路點撥：可采用等效法，將L1等效為小磁針，確定L2產(chǎn)生的磁場后判斷L1受力運動情況可采用結(jié)論法，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥B方法一：等效分析法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向該環(huán)形電流L2的磁場方向，由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針，其N極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看順時針轉(zhuǎn)動方法二：利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是：從左向右看順時針轉(zhuǎn)動安培定則與左手定則的三點區(qū)別(1)用途不同：安培定則用于判斷電流的磁場方向，即用于電生磁的情況，左手定則用于判斷電流在磁場中的受力，即用于電流受力的情況(2)所用手不同：安培定則用右手，左手定則用左手(3)手型不同：安培定則四指彎曲，左手定則手掌伸直針對訓(xùn)練1(多選)如圖所示，F(xiàn)是磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的示意圖是()AD由左手定則可判斷，選項B中安培力的方向向左，選項C中安培力的方向向下；選項A、D中安培力的方向如題圖所示，選項A、D是正確的2.通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心)，各自的電流方向如圖543所示下列哪種情況將會發(fā)生() 【導(dǎo)學(xué)號：69682265】圖543A因L2不受磁場力的作用，故L2不動B因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡，故L2不動CL2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動DL2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動D由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外，且離導(dǎo)線L1的距離越遠的地方，磁場越弱，導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O點的下方磁場較強，則安培力較大，因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D選項正確安培力的計算和平衡問題1FBILsin 適用于勻強磁場中的通電直導(dǎo)線，求彎曲導(dǎo)線在勻強磁場中所受安培力時，L為有效長度，即導(dǎo)線兩端點所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端，如圖544所示圖5442同樣情況下，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，它所受的安培力最大；導(dǎo)線與磁場方向平行時，它不受安培力；導(dǎo)線與磁場方向斜交時，它所受的安培力介于0和最大值之間3在非勻強磁場中，只要通電直導(dǎo)線L所在位置的各點B矢量相等(包括大小和方向)，則導(dǎo)線所受安培力也能用上述公式計算4當電流同時受到幾個安培力時，則電流所受的安培力為這幾個安培力的矢量和在傾角30的斜面上，固定一金屬框架，寬L0.25 m，接入電動勢E12 V、內(nèi)阻不計的電源在框架上放有一根水平的、質(zhì)量m0.2 kg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B0.8 T的垂直框面向上的勻強磁場中(如圖545所示)當調(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？(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，框架與棒的電阻不計，g10 m/s2)圖545思路點撥：將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖判斷安培力的方向，對導(dǎo)體棒受力分析根據(jù)平衡條件求解【解析】金屬棒靜止在框架上時，摩擦力的方向可能沿框面向上，也可能沿框面向下，須分兩種情況考慮當滑動變阻器R取值較大時，I較小，安培力F較小，在金屬棒的重力分力mgsin 作用下，棒有沿框架下滑趨勢，框架對金屬棒的摩擦力沿框面向上(如圖甲所示)金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R 4.8 當滑動變阻器R取值較小時，I較大，安培力F較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑的趨勢因此，框架對金屬棒的摩擦力沿框面向下(如圖乙所示)金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R1.6 所以滑動變阻器R的取值范圍應(yīng)為1.6 R4.8 . 【答案】1.6 R4.8 求解安培力問題的四個步驟(1)選定研究對象：一般為磁場中的通電導(dǎo)線(2)變?nèi)S為二維：方法是沿著或逆著電流方向觀察，將一段有長度的導(dǎo)線看成一個沒有長度的圓圈，圈內(nèi)畫“”為順著電流方向觀察，圈內(nèi)畫“”表示逆著電流方向觀察(3)畫出平面受力分析圖：其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安B、F安I.(4)根據(jù)力的平衡條件或牛頓第二定律列方程式進行求解針對訓(xùn)練3.如圖546，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為L，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力() 【導(dǎo)學(xué)號：69682266】圖546A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILBC方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILBA導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識知Lad(1)L，故線段abcd所受的合力大小FILadB(1)ILB，導(dǎo)線有效長度的電流方向為ad，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向豎直向上，故A項正確4.如圖547所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬為L.勻強磁場磁感應(yīng)強度為B.金屬桿長也為L，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上當回路總電流為I時，金屬桿恰好能靜止求豎直向上的磁感應(yīng)強度B的大小圖547【解析】磁場方向豎直向上，桿受力如圖所示：金屬桿的安培力FILB由平衡條件可得Fcos mgsin 解得B.【答案】當 堂 達 標固 雙 基1如圖所示各圖中，表示磁場方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向的圖示正確的是()A由左手定則知，A正確，B，C錯誤在D圖中，B與I平行，導(dǎo)線所受安培力為零2(多選)一根長為0.2 m電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強度為0.5 T的勻強磁場中，受到安培力的大小可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 ND0BCD當磁感應(yīng)強度B與通電電流I方向垂直時，安培力有最大值為FBIL0.520.2 N0.2 N；當兩方向平行時，安培力有最小值為0.隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0與0.2 N之間取值3如圖548所示，電磁炮由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成當電源接通后，磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是() 【導(dǎo)學(xué)號：69682267】圖548B要使電磁炮彈加速，則炮彈應(yīng)受向右的安培力由左手定則可知：磁場方向應(yīng)為垂直紙面向外B正確4.如圖549所示，在磁感應(yīng)強度B1 T的勻強磁場中，用兩根細線懸掛一長為10 cm，質(zhì)量為0.05 kg的金屬導(dǎo)線今在金屬導(dǎo)線中通以恒定電流(g取10 m/s2)圖549(1)若要使懸線受的拉力為零，求金屬導(dǎo)線中電流的大小和電流的方向(2)若每根細線所受的拉力為0.1 N，求金屬導(dǎo)線中電流強度的大小【解析】(1)懸線拉力為零時，AB受向上的安培力，大小等于重力，即mgBI1L，所以I1 A5 A由左手定則得方向由A指向B.(2)當每根細線受拉力為0.1 N時，由導(dǎo)線受力平衡得：mg0.12 NBI2L得I23 A.【答案】(1)5 A方向由A指向B(2)3 A