物理选修3-1第三章 学案4通电导线在磁场中受到的力(人教版选修3-1).docVIP

物理选修3-1第三章 学案4通电导线在磁场中受到的力(人教版选修3-1).doc

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物理选修3-1第三章 学案4通电导线在磁场中受到的力(人教版选修3-1)

学案4 通电导线在磁场中受到的力 [学习目标定位] 1.知道安培力的概念,会用左手定则判定安培力的方向.2.学会用公式F=BIL计算B与I垂直和平行两种情况下安培力的大小3.了解磁电式电流表的基本构造及工作原理. 一、安培力的方向 通电导线在磁场中所受安培力的方向,与导线、磁感应强度的方向都垂直,它的方向可用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.(如图1所示) 图1 二、安培力的大小 垂直于磁场B放置、长为L的一段导线,当通过的电流为I时,它所受的安培力为F=ILB.当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时,导线受力为0.当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,导线受力为F=ILBsin_θ. 三、磁电式电流表 1.磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈.如图2所示,通电线圈在磁场中受到安培力而偏转.线圈偏转的角度越大,被测电流就越大.根据线圈偏转的方向,可以知道被测电流的方向. 图2 2.磁电式仪表的优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安). 一、安培力的方向 [问题设计] 按照如图3所示进行实验. 图3 (1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向是否改变? (2)改变导线中电流的方向,导线受力的方向是否改变? 仔细分析实验结果,说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系? 答案 (1)受力的方向改变;(2)受力的方向改变;安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则. [要点提炼] 1.安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则. (1)F⊥B,F⊥I,即F垂直于B、I决定的平面. (2)磁场方向和电流方向不一定垂直.用左手定则判断安培力方向时,磁感线只要从掌心进入即可,不一定垂直穿过掌心. 2.判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则),确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则. 3.推论:平行通电导线之间,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥. 二、安培力的大小 [问题设计] 1.在定义磁感应强度时,让一小段通电导线放入磁场,可得F=ILB,此公式的适用条件是什么? 答案 导线垂直于磁场方向放置. 2.当导线平行于磁场方向放置时,导线受力为多少? 答案 0. [要点提炼] 1.安培力大小的计算公式F=ILBsin_θ,θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角. (1)当θ=90°,即B与I垂直时,F=ILB; (2)当θ=0°即B与I平行时,F=0. 2.当导线与磁场垂直时,弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度(如图4所示);相应的电流沿L由始端流向末端. 图4 [延伸思考] 如图5所示,导线与磁场方向的夹角为θ时,如何计算导线受力的大小? 图5 答案 将B分解到平行导线方向和垂直导线方向的分量,分别研究B的两个分量对导线的作用,可得出F=ILBsin θ. 三、磁电式电流表 [问题设计] 1.磁电式电流表的基本组成部分是什么?磁电式电流表的原理是什么? 答案 最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈.其原理是通电线圈在磁场中受安培力而转动. 2.指针偏转的角度与通入的电流大小有怎样的关系? 答案 指针偏转的角度与通入的电流大小成正比. 3.能否利用磁电式电流表确定电流方向? 答案 能.线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变.所以,根据指针的偏转方向,就可以确定被测电流的方向. 一、对安培力方向的判定 例1 画出图6中通电导体棒ab所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的方向). 图6 解析 题目所给的图是立体图,如果直接把ab棒受到的安培力画在立体图上则较为抽象.为了直观,一般画成平面图,图中的各个图从外向内看的正视平面图如图所示(此时导体ab是一个横截面图,○×表示电流向里,○·表示电流向外),题图甲中,I与B决定的平面是与纸面垂直的竖直面,安培力方向与这个平面垂直,由左手定则知,安培力的方向为水平向右;题图乙中,I与B决定的平面是与水平方向成θ角的垂直纸面的平面,安培力方向与这个平面垂直,指向右下方;题图丙中,I和B决定的平面是垂直斜面的平面,安培力方向与斜面平行,指向右上方.         甲      乙      丙 答案 见解析 规律总结 1.判断安培力的方向,要先明确磁场的方向和电流的方向,用左手定则判断,不要“习惯性”地用错右手.实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系,知道其中任意两个方向,可以由安培定则判断第三个方向. 2.分析安培力方向时,左手定则和安培定则往往同时使用,要

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