2022年人教版高中物理選修3-1 第3章第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力(教案)

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1、2022年人教版高中物理選修3-1 第3章第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力(教案) 【知識與技能】 1、掌握判斷安培力方向和安培力的計算方法。 2、能夠結合力學知識解決磁場中的綜合問題。 【過程與方法】 1、通過演示、分析、歸納使學生理解安培力的方向和大小的計算培養(yǎng)學生的空間想象能力 【情感態(tài)度與價值觀】 1、體會利用左右手判斷方向的簡便性在普遍現(xiàn)象中尋找規(guī)律。 【教學過程】 ★重難點一、安培力的方向★ 1.安培力 通電導線在磁場中受到的力稱為安培力. 2.決定安培力方向的因素 磁場方向和電流方向. 3.左手定則 如圖所示,伸開左手,使拇指與其余四

2、個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向. ★安培定則與左手定則的區(qū)別 安培定則(右手螺旋定則) 左手定則 應用 判斷電流的磁場方向 判斷電流在磁 場中的受力方向 內(nèi)容 具體 情況 直線 電流 環(huán)形電流或通電螺線管 電流在磁場中 條件 大拇指指向電流的方向 四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向 磁感線穿過手掌心,四指指向電流方向 結果 四指彎曲方向表示磁感線的方向 大拇指指向軸線上的磁感線方向 大拇指指向電流受到的磁場力的方向 4 .安培力方向的

3、判斷 1.安培力的方向不僅跟磁場方向垂直,還跟電流方向垂直,故安培力的方向垂直于磁場方向與電流方向所構成的平面。在判斷安培力方向時,應首先判定這個平面,然后再應用左手定則。 2.當電流方向與磁場方向不垂直時,安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面,所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向,只是磁感線不是垂直進入掌心。 3.注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與磁場、電場的方向的關系,安培力的方向總是與磁場的方向垂直,而電場力的方向與電場的方向平行。 【特別提醒】 (1)安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面,但磁場方向和電流方向不一定垂直. (2)若已知B、I方向,F(xiàn)方向唯一

4、確定,但若已知B(或I)、F方向,I(或B)方向不唯一. (3)判斷電流的磁場方向用安培定則,確定通電導體在磁場中的受力方向用左手定則. 5.通電平行直線電流間的作用情況 (1)兩平行電流間同向電流相互吸引,異向電流相互排斥. (2)兩非平行直線電流有轉(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢. 6.安培力方向與電場力方向的比較 電場力 安培力 研究對象 點電荷 電流元 受力特點 正電荷受力方向,與電場方向相同,沿電場線切線方向,與負電荷受力方向相反 安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直 判斷方法 結合電場方向和電荷的正、負判斷 用左手定則判斷 7.分析導體在磁

5、場中運動情況的幾種常用方法 電流 元法 把整段彎曲導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,然后判斷整段導線所受合力的方向,從而確定導線運動方向 特殊位置法 通電導線轉(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。等效后再確定相互作用情況 結論法 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,異向電流互相排斥;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

6、何運動或運動趨勢的問題,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。 【典型例題】某同學畫的表示磁場B、電流I和安培力F的相互關系如圖所示,其中正確的是( ) F 【答案】D ★重難點二、安培力的大小★ 安培力的大小 1.當通電導線與磁感線垂直時,即電流方向與磁感線垂直時,所受的安培力最大:F=BIL. 2.當B與I成θ角時,安培力的大小F=ILBsinθ,θ是磁感應強度B的方向與導線方向的夾角. 3.當通電導線與磁感線平行時,所受安培力為零. 【特別提醒】 導線L所處的磁場應為

7、勻強磁場.安培力表達式F=ILB(或F=ILBsinθ)一般適用于勻強磁場,若通電導線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同,應將導體分成若干段,使每段導線所處范圍B的大小和方向近似相等,求出各段導線所受的磁場力,然后再求合力. 4.磁場中通電導線的等效長度 (1)公式F=IBL中的L對彎曲長度來說指的是“等效長度”. 彎曲通電導線的有效長度L等于連接曲線兩端點直線的長度,相應的電流沿L的始端流向末端,如圖甲所示. (2)任意閉合通電導線的有效長度為零,所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零,如圖乙所示. 【典型例題】如圖所示,兩平行金屬導軌間的距離L=0.40m,金屬導軌所在

8、的平面與水平面夾角θ=37o,在導軌所在平面內(nèi),分布著磁感應強度B=0.50T、方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場。金屬導軌的一端接有電動勢E=4.5V、內(nèi)阻r=0.50Ω的直流電源?,F(xiàn)把一個質(zhì)量m=0.040kg的導體棒ab放在金屬導軌上,導體棒恰好靜止。導體棒與金屬導軌垂直、且接觸良好,導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5Ω,金屬導軌電阻不計,g取10m/s2。已知sin37o=0.60,cos37o=0.80,求: θ θ a b E r B (1)通過導體棒的電流;(2)導體棒受到的安培力的大??;(3)導體棒受到的摩擦力。 【答案】(1)1.5A (2

9、)0.30N(3)0.06N 【解析】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律有:I==1.5A (2)導體棒受到的安培力:F安=BIL=0.30N (3)重力沿斜面向下的分力F1= mgsin37o=0.24N,小于安培力0.30N,故導體棒受沿斜面向下的摩擦力f作用 ,根據(jù)共點力平衡條件有: mg sin37o+f=F安 解得:f=0.06N 靜摩擦力方向沿斜面向下 ★重難點三、磁電式電流表★ 1.原理:安培力與電流的關系. 2.構造:磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴.如圖所示. 3.特點:兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,使線圈平面都與磁場方

10、向平行,從而使表盤刻度均勻. 4.工作原理:如圖所示是線圈在磁場中受力的示意圖.當電流通過線圈時,導線受到安培力的作用,由左手定則知,線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反,于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動,通過轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形,反抗線圈的轉(zhuǎn)動,電流越大,安培力就越大,螺旋彈簧的形變也就越大,所以,從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大?。€圈中的電流方向改變時,安培力的方向隨著改變,指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變.所以,根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向,可以知道被測電流的方向. 5.優(yōu)缺點:優(yōu)點是靈敏度高,可以測出很弱的電流;缺點是線圈的導線很細,允許通過的電流很弱.如果希望它測量較大的電流值,就要擴大其量程.

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