2018版高中物理 第3章 打開電磁學的大門 第1節(jié) 磁場中的通電導線學案 魯科版選修1-1

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1、第1節(jié) 磁場中的通電導線 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道左手定則,會用左手定則判斷安培力的方向.(重點、難點) 2.知道影響安培力大小的因素會用公式F=BIL進行安培力的簡單計算.(重點) 3.了解線圈在磁場中的運動情況,知道電動機的工作原理.(重點) 安 培 力 方 向 的 判 定 1.定義:通電導線在磁場中受到的作用力. 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.當通電直導線垂直于磁感應強度方向時,安培力的方向和磁感應

2、強度方向相同.(×) 2.已知磁場方向和電流方向判定安培力的方向用左手,若已知磁場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平行,電流就會受到安培力.(√) 安培力的方向與通電直導線方向、磁感應強度的方向有什么關系? 【提示】 與導線方向、磁感應強度方向都垂直. 1.安培力的方向既與磁場方向垂直.又與電流方向垂直.但磁場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和電流所決定的平面. 2.當磁場方向、電流方向、安培力方向兩兩垂直時,只要已知其中任意兩個方向,就可以判斷第三者的方向. 3.當不能確定磁場方向和電流方向垂直時,

3、若已知磁場方向(或電流方向)與安培力的方向,電流方向(或磁場方向)不唯一. 1.下列圖示為通電直導線置于勻強磁場中的不同方式,其中導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方向平行故不受安培力,A、C所示電流方向與磁場方向垂直,受安培力作用,A、C正確. 【答案】 AC 2.如圖所示,表示磁場對直線電流的作用,其中不正確的是(  ) 【解析】 磁場對通電直導線的作用力既與導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的方向應向下,故C圖不正確.故選C. 【答案】 C 3.在地球赤道上空,沿東西方向水平放置

4、一根通以由西向東的直線電流,則此導線(  ) 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的方向由南向北,根據(jù)左手定則知A對. 【答案】 A 安 培 力 大 小 的 計 算 1.大小 (1)因素:如圖3-1-1所示,通電導線所受的安培力的大小與磁感應強度、電流大小以及磁場中垂直磁場方向的導線長度有關. 圖3-1-1 (2)大小:在勻強磁場中,當通電導線與磁場方向垂直時,安培力的大小等于電流、磁感應強度和導線長度的乘積. (3)公式表達:F=BIl. 2.磁感應強度的

5、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.通電導線不受安培力的地方,磁感應強度一定為零.(×) 2.通電直導線在磁感應強度大的地方受力一定大.(×) 3.通電直導線與磁場方向垂直時,受安培力最大.(√) 一個通電導體在磁場中受安培力為零,能否說磁感應強度就一定為零? 【提示】 不能,因為通電導線在磁場中若和磁感線平行,所受安培力就為零. 1.若B與I(l)垂直時,F(xiàn)=BIl,此時所受的安培力最大. 2.若B與I(l)平行時,F(xiàn)=0. 3.在計算安培力時,若放入磁場中的導線是彎曲導線,其安培力求解時應用其長度的有效值,即兩端點所連

6、直線的長度.如圖3-1-2所示: 圖3-1-2 4.下列說法正確的是(  ) 【導學號:18152057】 A.如果通電導線在磁場中某處不受安培力,則該處不存在磁場 B.即使通電導線在磁場中某處不受安培力作用,該處也可能存在磁場 C.通電導線在磁場中受安培力大的位置磁場強 D.磁場越強的位置,通電導線受到的安培力越大 【解析】 當通電導線平行磁場放置時,不受安培力的作用,故B正確,A錯誤.安培力的大小與通電導線的長度、電流的大小、磁場的強弱以及電流與磁場間的夾角有關系,故C、D均錯誤.所以正確選項為B. 【答案】 B 5.下列說法中正確的是(  ) A.沿著磁感線的

7、方向磁感應強度一定減小 B.若電流在某處不受安培力作用,則該處的磁感應強度一定為零 C.知道電流的方向,同時知道該電流在磁場中某點所受到的安培力的方向,就能確定該點的磁場方向 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方向垂直 【解析】 磁感應強度大小與磁感線疏密有關,A錯.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錯誤.已知I、F的方向不能確定B的方向,C錯誤.F垂直于B、I形成的平面,則D正確. 【答案】 D 6. (多選)如圖3-1-3所示,金屬棒MN放置在處于勻強磁場中的兩條平行金屬導軌上,與金屬導軌組成閉合回路.當回路通有電流(電流

8、方向如圖中所示)時,關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(  ) 【導學號:18152058】 圖3-1-3 A.F方向向右 B.F方向向左 C.增大電流,F(xiàn)增大 D.增大磁感應強度,F(xiàn)減小 【解析】 由左手定則知A項對,由公式F=BIl可知C項正確. 【答案】 AC 通電導線在磁場中所受的安培力大小與導線的長度、電流的大小、磁場的強弱以及導線在磁場中的放置方式有關,當B⊥I時,F(xiàn)=BIl,當B∥I時F=0,當B與I成一銳角θ時,F(xiàn)=BIl sin θ. 會 動 的 線 圈 和 電 動 機 1.通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動:線圈與磁場

9、平行放置,當線圈通有電流時,與磁場垂直的兩個邊會受到安培力作用,根據(jù)左手定則判斷知,兩個力方向相反,使線圈繞中心軸轉(zhuǎn)動. 2.利用線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理,人們制作了電流計,第一個磁電式電流計是安培制作的,由此實現(xiàn)了電流的定量測量. 3.電動機由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成,直流電動機還有換向器和電刷.在線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向垂直的位置時,換向器的每個半環(huán)互換連接的電刷,使電流的方向發(fā)生改變,從而實現(xiàn)了線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動. 1.電動機是利用通電線圈在磁場中受安培力來工作的.(√) 2.電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能.(√) 在現(xiàn)代生活中,我們的身邊充滿著電器:洗衣機、電冰箱、錄音機、吹風機等.你知

10、道這些電器工作時共同的特點是什么嗎?工作原理又是什么呢? 【提示】 這些電器工作時的共同特點是都要使用電動機.而電動機的原理是通電線圈在磁場中受安培力作用旋轉(zhuǎn),從而起到了電動的作用. 1.工作原理 給線圈通入方向合適的電流,可以使線圈轉(zhuǎn)動起來,電動機是利用安培力來工作的. 2.組成 定子和轉(zhuǎn)子 (1)定子是電動機中固定不動的部分,可以是線圈,也可以是磁體. (2)轉(zhuǎn)子是電動機中轉(zhuǎn)動的部分. 直流電動機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地改變流入線圈的電流方向,它們能使轉(zhuǎn)子按一個方向持續(xù)地旋轉(zhuǎn). 7.如圖3-1-4所示,O為圓心,和是半徑分別為ON、

11、OM的同心圓弧,在O處垂直紙面有一載流直導線,電流方向垂直紙面向外.用一根導線圍成如圖中KLMN所示的回路,當回路中沿圖示方向通過電流時(電源未在圖中畫出),此時回路(  ) 【導學號:18152059】 圖3-1-4 A.將向左平動 B.將向右平動 C.將在紙面內(nèi)繞通過O點并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動 D.KL邊垂直紙面向外運動,MN邊垂直紙面向里運動 【解析】 電流I1在空間形成的磁場是以電流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項正確. 【答案】 D 8.如圖3-1-5所示,在水平向右的勻強磁場中,放有矩形線框abcd,線框可繞其中心軸線自由轉(zhuǎn)動,若線框中通入圖中所示電流.試判斷此時線框的轉(zhuǎn)動方向.(從上向下看) 圖3-1-5 【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線所受安培力方向.由此可判斷此時: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針轉(zhuǎn)動. 【答案】 從上向下看線框順時針轉(zhuǎn)動 6

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