2018-2019版高中物理 第二章 磁場 第3講 磁場對通電導線的作用學案 新人教版選修1-1

第3講磁場對通電導線的作用目標定位1.知道什么是安培力.知道勻強磁場中影響通電導線所受安培力大小和方向的因素.2.理解磁感應強度B的定義式和物理意義.知道磁感應強度的單位.知道用磁感線的疏密程度可以形象地描述磁感應強度的大小.3.會用公式FBIL進行安培力的簡單計算.4.了解電動機的工作原理.知道電動機在生產(chǎn)、生活中的應用.一、安培力1.定義：通電導體在磁場中受到的力稱為安培力.2.把一段通電直導線放在磁場里，當導線方向與磁場方向垂直時，它所受的安培力最大；當導線方向與磁場方向一致時，導線不受安培力；當導線方向與磁場方向斜交時，所受安培力介于最大值和零之間.3.公式：FBIL(導體垂直磁場放置).想一想有的同學認為：放在磁場中的通電導線一定受到安培力的作用.這種想法對嗎？為什么？答案不對.通電導線在磁場中所受安培力的大小跟導線與磁場之間的夾角有關；若導線方向與磁場方向一致，導線在磁場中不受安培力的作用.二、磁感應強度1.定義：一段通電直導線垂直放在磁場里所受的安培力與導線中的電流和導線的長度的乘積的比值，叫磁感應強度.2.定義式：B.3.單位：特斯拉，簡稱特，符號為T.4.B反映了磁場的強弱.5.磁感應強度是矢量.小磁針的N極在磁場中某點受力的方向，就是這點磁感應強度的方向.想一想根據(jù)B是否可以得出：當電流一定的情況下，通電導線在某點所受的力越大，說明該點的磁感應強度越大.答案不可以.必須是垂直放在磁場中的通電導線.三、安培力的方向1.安培力的方向跟磁場方向和電流方向有關.2.左手定則：伸開左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向電流的方向，那么，拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向.想一想能不能說：通電導線在某點所受安培力的方向就是該處的磁感應強度方向？答案不能. 通電導線在某點所受安培力的方向永遠與該點的磁感應強度方向垂直.四、電動機我們使用的電動機就是利用安培力來工作的.各種電動機都有定子和轉(zhuǎn)子.一、對磁感應強度的理解1.物理意義：磁感應強度是表示磁場強弱和方向的物理量.2.矢量性：磁感應強度是矢量，既有大小，又有方向，磁場中某點磁感應強度的方向就是該點磁場的方向.3.描述：磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小，磁感線的切線方向表示磁感應強度的方向.4.勻強磁場：各處的磁感應強度大小相等，方向相同的磁場.例1關于磁感應強度B的概念，下列說法中正確的是()A.磁感應強度由磁場本身決定B.磁感應強度的方向就是該處電流受力方向C.磁感應強度雖然有大小、方向，但磁感應強度是標量D.由定義式B可知，一小段通電導線所受磁場力為零，則該處磁感應強度一定為零答案A解析磁感應強度由磁場本身決定，與安培力和電流的大小均無關，選項A正確；通電導線受力的方向總是和磁感應強度的方向垂直，選項B錯誤；磁感應強度是矢量，有大小和方向，選項C錯誤；定義式B是通電導線垂直放在磁場中所受安培力的大小與導線中的電流和導線所在磁場中的長度的乘積的比值，若導線與磁場方向一致，無論磁感應強度多大，導線都不受安培力的作用，選項D錯誤.針對訓練1關于磁感應強度，下列說法中正確的是()A.由B可知，B與F成正比、與IL成反比B.通電導線放在磁場中的某點，那點就有磁感應強度，如果將通電導線拿走，那點的磁感應強度就為零C.通電導線所受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導線不受安培力的地方一定不存在磁場D.磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定，其大小和方向是唯一確定的，與通電導線無關答案D解析磁感應強度B只是定義式，而不是決定式，磁感應強度B是由磁場本身決定的，與有無導體放入其中無關，故A、B選項錯誤，D正確；另外，當導線平行于磁場方向放入時，通電導體所受到的安培力為零，而此處的B0，C項忽略了這一點，因而是錯誤的.二、安培力的大小安培力的大小：通電直導線與磁場方向垂直時，所受的安培力最大，F(xiàn)BIL；導線方向與磁場方向平行時，導線不受安培力；導線方向與磁場方向斜交時，安培力介于最大值和零之間.例2如圖231所示，把一水平導體棒置于豎直向下的勻強磁場中，棒中分別通有電流I和2I，則棒所受安培力()圖231A.通有電流I時小B.通有電流2I時小C.一樣大D.不能確定答案A解析當棒中通有電流I時，棒所受的安培力FBIL；當棒中通有電流2I時，棒所受的安培力F2BIL，選項A正確.針對訓練2 如圖232所示，一根長為0.2 m的通電直導線位于勻強磁場中，導線與磁場方向垂直，磁場的磁感應強度為0.2 T.當導線中的電流為1 A時，導線所受安培力的大小為()圖232A.0.02 N B.0.04 N C.0.06 N D.0.08 N答案B解析根據(jù)FBIl解得導線所受安培力的大小為0.04 N.三、安培力的方向1.可以用左手定則來判定：伸開左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向電流的方向，那么，拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向.2.安培力的方向與磁場方向有關，與電流方向也有關.安培力的方向既垂直于磁場方向又垂直于電流方向，即垂直于磁場和電流所決定的平面.例3某同學畫的表示磁感應強度B、電流I和安培力F的相互關系的圖如圖所示，其中正確的是()答案D解析由于F、B、I三者的方向關系滿足左手定則，由左手定則知，D正確，A、B錯誤；C圖中，B與I平行，導線不受安培力，故C錯誤.針對訓練3如圖233所示，用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導線MN，電流I方向從M到N，繩子的拉力均為F.為使F0，可能達到要求的方法是()圖233A.加水平向右的磁場B.加水平向左的磁場C.加垂直紙面向里的磁場D.加垂直紙面向外的磁場答案C解析由于繩子的拉力為零，所以直導線所受的安培力向上，由左手定則可知，磁場方向垂直紙面向里，故C正確.安培力與左手定則1.如圖234所示，在兩平行直導線A、B中，通有方向相同的電流I.則B導線受到磁場力的方向()圖234A.向左B.向右C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里答案A解析根據(jù)安培定則可知，導線A在導線B處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，由左手定則可判定B受安培力方向向左，故A對，B、C、D錯.2.如圖235所示，把一根通電的硬直導線ab，用輕繩懸掛在通電螺線管正上方，直導線中的電流方向由a向b.閉合開關S瞬間，導線a端所受安培力的方向是()圖235A.向上B.向下C.垂直紙面向外D.垂直紙面向里答案D解析閉合開關S瞬間，由右手螺旋定則知螺線管右端為N極，左端為S極，螺線管產(chǎn)生的磁場方向在通電導線a端斜向左下方，由左手定則可知，導線a端所受安培力的方向垂直紙面向里，D正確.磁感應強度3.磁感應強度是描述磁場的重要概念，磁場的基本性質(zhì)是對電流有磁場力的作用，關于磁感應強度的大小，下列說法中正確的是() A.一小段通電直導線在磁場中某處受的力越大，該處的磁感應強度越大B.一小段通電直導線在磁場中某處受的力等于零，則該處的磁感應強度一定等于零C.勻強磁場中某處的磁感應強度的大小等于該處一小段通電直導線垂直磁場放置時所受的磁場力D.磁感線密的地方，磁感應強度大；磁感線疏的地方，磁感應強度小答案D解析由磁感應強度的定義可知A、B、C錯誤，根據(jù)磁感線的特點可知D對.4.下列關于磁感應強度的方向的說法中，正確的是()A.某處磁感應強度的方向就是一小段通電導體放在該處時所受磁場力的方向B.小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應強度的方向C.垂直于磁場放置的通電導線的受力方向就是該處磁感應強度的方向D.磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向答案BD解析小磁針N極受力的方向就是該處磁感應強度的方向，而通電導線受力的方向總是和磁感應強度的方向垂直.磁場中某點磁感應強度的方向表示該點的磁場方向，磁場方向也就是小磁針N極受力的方向，但電流受力的方向不代表磁感應強度和磁場的方向.故正確答案為B、D.(時間：60分鐘)題組一、磁感應強度1.如圖236所示，一通電直導線豎直放置，其右側(cè)A、B兩點的磁感應強度分別為BA、BB，則()圖236A.BABB，方向均垂直紙面向里B.BABB，方向均垂直紙面向里C.BABB，方向均垂直紙面向外D.BABB，方向均垂直紙面向外答案A解析由右手螺旋定則可判定A、B兩點的磁感應強度的方向均垂直紙面向里，因A點離通電導線較近，故BABB，故A對，B、C、D錯.2.有關磁感應強度的下列說法中，正確的是()A.磁感應強度是用來表示磁場強弱的物理量B.若有一小段通電導體在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零C.若有一小段長為L，通以電流為I的導體，在磁場中某處受到的磁場力為F，則該處磁感應強度的大小一定是D.由定義式B可知，電流I越大，導線L越長，某點的磁感應強度就越小答案A解析磁感應強度的引入目的就是用來描述磁場強弱，因此選項A是正確的；磁感應強度是與電流I和導線長度L無關的物理量，且B中的B、F、L相互垂直，所以選項B、C、D都是錯誤的.3.關于磁感應強度，下列說法中正確的是()A.勻強磁場中的磁感應強度可以這樣測定：測出一段通電導線放在磁場中受到的安培力F，及該導線的長度L，通過的電流I，則BB.通電導線在某處不受安培力的作用，則該處的磁感應強度一定為零C.B只是定義式，磁感應強度是磁場本身的屬性，與放不放通電導線無關D.通電導線所受安培力的方向就是磁感應強度的方向答案C解析根據(jù)磁感應強度的定義，通電導線應為“在磁場中垂直于磁場方向的通電導線”，只有在這個方向上導線所受的安培力才最大，故A錯誤；當通電導線與磁場方向平行時，不受安培力作用，故B錯誤；在磁場源穩(wěn)定的情況下，磁場內(nèi)每一點的磁感應強度是唯一確定的，與放入該處的檢驗電流無關，故C正確；由左手定則可確定，安培力的方向與磁感應強度的方向垂直，故D錯誤.題組二、安培力與左手定則4.把長0.10 m的直導線全部放入勻強磁場中，保持導線和磁場方向垂直.已知磁場的磁感應強度的大小為5.0×103 T，當導線中通過的電流為3.0 A時，該直導線受到的安培力的大小是()A.3.0×103 N B.2.5×103 NC.2.0×103 N D.1.5×103 N答案D解析導線受到的安培力的大小FBIL5.0×103×3.0×0.10 N1.5×103 N.5.探究影響安培力大小因素的實驗裝置如圖237所示，直導線垂直磁場方向置于磁場中某處.當導線中電流為I時，導線所受安培力大小為F；現(xiàn)僅將導線中電流減小為時，導線所受安培力大小為()圖237A.2F B.F C. D.答案C解析由FBIL可知C對，A、B、D錯.6.在赤道上，地磁場可以看作是沿南北方向并且與地面平行的勻強磁場，磁感應強度是5×105 T.如果赤道上有一條沿東西方向的直導線，長40 m，載有20 A的電流，地磁場對這根導線的作用力大小是()A.4×108 N B.2.5×105 NC.9×104 N D.4×102 N答案D解析磁場方向是南北方向，電流方向是東西方向，它們相互垂直，可以利用公式FBIL來計算此安培力的大小，其大小為FBIL5×105×20×40 N4×102 N.7.電磁炮是利用電磁發(fā)射技術制成的一種先進的動能殺傷武器.如圖238為美國試驗所采用的電磁軌道，該軌道長7.5 m，寬1.5 m.若發(fā)射質(zhì)量為50 g的炮彈從軌道左端初速為零開始加速，當回路中的電流恒為20 A時，最大速度可達3 km/s.軌道間所加磁場為勻強磁場，不計空氣及摩擦阻力.下列說法正確的是()圖238A.磁場方向為豎直向下B.磁場方向為水平向右C.磁感應強度的大小為103TD.電磁炮的加速度大小為3×105 m/s2答案C解析由左手定則知磁場方向應豎直向上，A、B均不正確；由v22 ax得a6×105 m/s2，D不正確；又BILma，所以B1.0×103T，C正確；綜上，正確選項應為C.題組三、安培力的綜合應用8.如圖239所示，兩根等長的絕緣細線懸掛一水平金屬細桿MN，處在與其垂直的水平勻強磁場中.金屬細桿的長度為1 m，質(zhì)量為8.9×103 kg.當金屬細桿中通以0.89 A的電流時，兩絕緣細線上的拉力均恰好為零.忽略與金屬細桿連接細導線的影響.求：圖239(1)金屬細桿所受安培力的方向； (2)金屬細桿中電流的方向；(3)勻強磁場的磁感應強度大小.答案(1)豎直向上(2)從N到M(3)0.1 T解析 (1)安培力方向豎直向上.(2)電流方向從N流向M或向左.(3)依據(jù)FBILFmg得到B0.1 T9.如圖2310所示，水平導體棒AB被兩根豎直細線懸掛，置于垂直紙面向里的勻強磁場中，已知磁場的磁感應強度B0.5 T，導體棒長L1 m，質(zhì)量m0.5 kg，重力加速度g10 m/s2.當導體棒中通以從A到B的電流時，圖2310(1)判斷導體棒所受安培力的方向；當電流I2 A時，求導體棒所受安培力的大小F.(2)導體棒中通過的電流I為多大時，細線中拉力剛好為零？答案(1)向上1 N(2)10 A解析(1)由左手定則知，導體棒所受安培力的方向向上；當電流I2 A時，導體棒所受安培力的大?。篎BIL1 N(2)當安培力與重力平衡時，細線中拉力剛好為零，即BILmg解得I10 A10.如圖2311所示，ab、cd為兩根相距2 m的平行金屬導軌，水平放置在豎直向下的勻強磁場中，MN是質(zhì)量為3 kg的金屬棒，通以5 A的電流時，棒沿導軌做勻速運動；當棒中電流增加到8 A時，棒能獲得2 m/s2的加速度，求勻強磁場磁感應強度的大小.圖2311答案1 T解析金屬棒勻速運動時，BI1LFf金屬棒勻加速運動時，BI2LFfma由解得B1 T.11