【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-1第6章6-1探究磁场对电流的作用

自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破第1节探究磁场对电流的作用自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破1．知道安培力的定义，会用F＝BIl计算B与I垂直情况下的安培力．2．掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向．3．知道电流表的基本构造和基本原理．4．通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破一、安培力和影响安培力的因素1．安培力：磁场对的作用力．2．影响安培力的因素(1)实验探究采用的方法：法．(2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是：①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力；②当其他因素不变，电流增大时，安培力；③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力；④安培力的方向由和共同决定．电流控制变量增大增大增大磁场的方向电流的方向自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破二、安培力的大小和方向1．大小：F＝.2．适用条件(1)通电导线与磁场方向．(2)或非匀强磁场中很短的导体．3．方向判断：．如图6－1－1所示，伸开左手，让拇指与其余四指，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过，四指指向方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的．BIl垂直匀强磁场左手定则垂直手心电流受力方向图6－1－1自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破三、电流计1．电流计的构造磁铁、线圈、游丝、指针、铁芯、铝框．2．电流计的原理当被测电流流入线圈时，线圈受作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩．当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到时，指针便停留在某一刻度．线圈偏转的越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定被测电流的；根据线圈偏转的，可以知道被测电流的方向．安培力平衡角度大小方向自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破一、安培力的方向判定1．判断安培力方向的方法：左手定则2．判定安培力的方向应注意的问题(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心．(3)安培力的大小与静电力大小的不同①电荷在电场中某一点受到的静电力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反．电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；②电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.一般情况下的安培力大于零，小于BIL，安培力的方向均与磁场方向垂直．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破特别提醒(1)F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂直．(2)若已知B、I方向，F方向唯一确定，若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破二、安培力的大小计算1．公式F＝BIL中L指的是导线在磁场中且垂直于磁场方向的“有效长度”．即导线在磁场中在垂直于磁场方向投影的长度．2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6－1－2)；相应的电流沿L由始端流向末端．图6－1－2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破3．电荷在电场中所受电场力与电流在磁场中所受安培力比较：电荷在电场中一定会受到电场力的作用，但是电流在磁场中不一定受安培力的作用，安培力的大小与电流和磁场的大小以及电流方向与磁场方向间的关系有关，当两者平行时，不受安培力作用．特别提醒(1)公式F＝BILsinθ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析．(2)公式F＝BILsinθ中的Lsinθ也可以理解为L在垂直于磁场方向的“有效长度”．(3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破三、磁电式电流表工作原理甲乙图6－1－3自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破常用电流表的构造如图6－1－3甲所示．在很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯的外面套着一个可以绕轴转动的铝框，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通过线圈的电流．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀分布的，如图6－1－3乙所示，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．若通电线圈的匝数为N，则线圈所受的磁场力矩为M1＝NBIS，由于NBS为定值，所以M1与电流I成正比．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破设k1＝NBS，则M1＝k1I.另一方面，当线圈转动时，弹簧会产生一个反方向的力矩M2，当M1和M2平衡时，线圈就停在某一偏角θ上，固定的指针也相应地转过同样的偏角θ，指到刻度盘上的某一刻度，而弹簧产生的力矩与偏转的角度θ成正比，即M2＝k2θ，所以当M1和M2平衡时，θ＝kI，其中k＝k1k2，为一常量．所以测量时，指针偏转的角度与电流的大小成正比，可以用指针的偏转角度来指示电流的大小，这种电流计的刻度是均匀的，这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转的仪表叫做磁电式电表．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破四、判断安培力作用下导线的运动1．电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向．2．特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破3．等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁．条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管．通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．4．利用结论法(1)两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；(2)两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势.利用这些结论分析，可事半功倍.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【典例1】如图6－1－4所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直于纸面向外运动，可以()．图6－1－4自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端解析本题主要考查两个方面知识：电流的磁场和左手定则．要求直杆MN垂直于纸面向外运动，把直杆所在处的磁场方向和直杆中电流画出来，得A、B正确．若使a、c两端(或b、d两端)的电势相对于另一端b、d(或a、c)的电势的高低做同步变化，线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样，故D也正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破答案ABD借题发挥安培定则、左手定则往往同时应用．应特别注意，安培定则是判断电流的磁场方向，又称右手螺旋定则，而左手定则是用左手判断电流的受力情况．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【变式1】画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则．答案如图所示自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【典例2】如图6－1－5所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab＝bc＝L.导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B.求导线abc所受安培力的大小和方向．图6－1－5自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破解析法一ab段受安培力Fab＝BIL方向向右，bc段受安培力Fbc＝BIL方向向上，矢量合成如图a所示，abc所受安培力F＝2BIL，方向沿∠abc的角平分线斜向上法二abc的等效长度为ac＝2L，abc所受安培力F＝2BIL，方向垂直于ac斜向上．答案2ILB方向沿∠abc的角平分线向上(垂直于ac斜向上)自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破借题发挥(1)导体的有效长度为导线两端点连线的长度．(2)闭合导线的有效长度为零，安培力也为零．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【变式2】如图所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受的安培力．答案A．BILcosαB．BILC.2BILD．2BIRE．0自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【典例3】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图6－1－6所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将()．A．不动B．顺时针转动C．逆时针转动D．向纸面内平动图6－1－6自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破解析法一利用结论法．环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是：从左向右看线圈L1顺时针转动．法二等效分析法．把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后转动前，N极应指向纸里，因此应由向纸里转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破法三直线电流元法．把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上，据左手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸里，因此从左向右看线圈L1顺时针转动．故正确答案为B.答案B自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破借题发挥电流在非匀强磁场中受力运动的判断不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【变式3】(2010·温州高二检测)如图6－1－7所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直，A导线中电流的方向垂直于纸面向里，电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()．A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上图6－1－7自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破解析由安培定则判定通电螺线管上方磁场方向水平向右，再由左手定则判定通电直导线所受安培力的方向是竖直向下，C对．答案C自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破【典例4】如图6－1－8所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1m的平行导轨上放一质量为m＝0.3kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨压力的大小．(g＝10m/s2)图6－1－8自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练专题突破解析此类问题是关于安培力的综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑一个安培力而已．画出导体棒的受力分析图，