资源简介

1.1磁场对通电导线的作用力学案
【学习目标】
知道质谱仪、回旋加速器的基本构造、原理和基本用途。
通过情境设置，培养学生分析、解决实际问题的能力。
通过师生、生生思维碰撞，开阔学生思维，培养学生的创新意识
【学习重难点】
1、会计算安培力的大小和方向。（重点）
2、会用左手定则判断安培力的方向。（难点）
3、了解磁电式电流表的工作原理。（难点）
【预习新知】
安培力的方向
1．安培力：通电导线在 磁 场中所受的力．
2．安培力方向的特点
通电导线在磁场中所受安培力方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直．
3．安培力的方向：用左手定则判断．
判断方法：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；让磁感线从掌心垂直进入，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．
安培力的大小
[情境导学]
处在匀强磁场中的通电导线，如果放置的方式不同，其所受安培力的大小是否相同？
提示：不同的放置方式，通电导线所受的安培力大小不同。
[知识梳理]
1．垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝IlB。
2．当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线所受安培力为。
3．当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，导线所受安培力F＝IlBsin_θ。
磁电式电流表
1．原理：通电线圈受到安培力而转动．
2．组成：磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈.如图所示，当电流通过线圈时，导线受到安培力作用．
3．特点：线圈转动时，螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动．电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧变形就越大，线圈偏转的角度越大.
4．优点：磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流．
5．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)．
【重难探究】
探究点 一、安培力的方向
问题1、如图所示，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，当导线中通以电流时，你能看到通电导线在磁场中朝一个方向摆动，这个实验现象说明了什么？改变电池的正负极接线柱或将磁铁的N极、S极交换位置，闭合开关，你能看到通电导线的摆动方向发生改变，这个实验现象说明了什么？
探究点 二、安培力的大小
问题2、(1)在图所示的实验中，探究安培力的大小与磁场强弱、电流大小、导线长度的关系．在B、L一定时，增大电流I，导线受力怎么变化？
(2)在B、I一定时，增大导线的长度L，导线受力怎么变化？
(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，如何计算安培力的大小？
提示　(1)安培力变大．
(2)安培力变大．
(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，分别计算两分磁感应强度对导线的作用力．
探究点 三、安培力作用下导体的运动问题
问题3、如图所示，一根质量为m的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b 两点，棒的中端处于方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，电流方向如图所示，悬线上的拉力为F.
(1)若使悬线上的拉力F变为零，可以采取什么方法？
(2)若使悬线向外摆动，磁感应强度方向应该怎样？(举一种满足题意的情况)
提示　(1)适当增大磁感应强度或电流．
(2)根据左手定则磁感应强度方向应竖直向上．
【巩固训练】
1.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示.已知abc边受到的安培力大小为F，则整个线框所受安培力大小为( )
A.5F B.6F C. D.
2.如图所示，将一个半径为R的导电金属半圆环串联接入电路中，电路的电流强度为I，接入点a、b是圆环直径上的两个端点。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力大小为( )
A.0 B. C.2RBI D.
3.如图所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小和方向（平行于纸面）为( )
A.方向竖直向下 B.方向水平向右 C.大小为BIL D.大小为
4.如图所示，绝缘水平面上，虚线左侧有垂直于水平面向上的匀强磁场、右侧有垂直于水平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为、C、D为绝缘水平面上的三个固定点，A点在虚线上，C、D两点在左右两磁场中，两根直的硬导线连接A、D和C、D间，软导线连接在A、C间，C、D连线与垂直，C、D到的距离均为L，、、三段导线电阻相等，.通过C、D两点给线框通入大小为I的恒定电流，待A、C间软导线形状稳定后线框受到的安培力大小为( )
A.0 B.BIL C. D.2BIL
5.如图所示，粗细均匀的正六边形线框abcdef由相同材质的导体棒连接而成，顶点a、b用导线与直流电源相连接，若ab棒受到的安培力大小为6N，则整个六边形线框受到的安培力大小为( )
A.7N B.7.2N C.9N D.12N
6.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为，则整个线框所受安培力大小为( )
A. B.F C. D.
7.由均匀的电阻丝制成的半径为r的圆形导线框，存在导线框平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，将P、Q两点接入如图示的电压恒定的电源两端，通电时电流表示数为I，则线框所受安培力大小为( )
A. B. C. D.
8.如图所示，用一段导线围成半径为R的圆弧AB，圆弧AB所对应的圆心角为，导线中通有顺时针方向的电流，在导线所在的平面内加某一方向范围足够大的匀强磁场，此时导线受到的磁场力最大且方向垂直纸面向外。则下列说法正确的是( )
A.磁场方向垂直AB向下
B.若圆弧绕O点顺时针转过30°，安培力变为原来的
C.若圆弧绕O点顺时针转过90°，安培力的大小不变
D.仅将磁场方向变为垂直纸面向外，磁场力的大小和方向均发生变化
9.如图所示，正三棱柱的底面边长与高均为L，将长为3L的粗细均匀的铜棒沿弯折并固定，导线中通有沿方向的电流I。在空间中施加磁感应强度为B的匀强磁场，当磁场方向平行时铜棒受到的安培力大小为；当磁场方向平行于ac时，铜棒受到的安培力大小为，则等于( )
A. B.1 C. D.2
10.金属导体棒置于倾斜的粗糙绝缘的斜面上，有电流时，金属导体棒能在斜面上保持静止。如图所示，四个图中分别标出了四种可能的匀强磁场方向。其中金属棒与斜面之间的摩擦力一定不等于零的图是( )
A. B.
C. D.
参考答案
1.答案：C
解析：根据题意，由电阻定律可知，两段导线的电阻之比为1:5，欧姆定律可知，电流之比为5:1，由于两段导线的有效长度相等，由公式可知，长导线所受安培力为，由左手定则可知，两段导线所受安培力方向相同，则整个线框所受安培力大小为，故ABD错误，C正确;
故选:C。
2.答案：C
解析：在磁场中的有效长度为，故金属圆环受到的安培力为故选C。
3.答案：C
解析：导线在磁场内有效长度为，故该V形通电导线受到安培力大小为，由左手定则可得方向竖直向上，故C正确，ABD错误；
4.答案：B
解析：由题意可知，硬导线上电流为和上电流都是段受到的安培力合力为零，和段受到的安培力大小相等，方向分别斜向上和斜向下与竖直方向成角，其合力为，B正确
5.答案：B
解析：设ab的电阻为R，由电阻定律可知afedcb的电阻为5R，若ab中的电流为I，则afedcb中的电流为，ab棒受到的安培力大小，整个六边形线框受到的安培力大小，选项B正确。
6.答案：A
解析：根据电阻定律
由于两段导线的长度之比为，因此电阻之比为，而两段导线并联，则可知通过两段导线的电流之比为，由于两段导线的有效长度相同，且根据左手定则可知两段导线所受安培力的方向相同，设长导线中电流为I，则短导线中电流为，短导线所受安培力
长导线所受安培力
联立解得
则整个线框所受安培力大小为
故选A。
7.答案：C
解析：由图可知圆形导线框的大圆弧部分与小圆弧部分并联，两端圆弧受安培力的等效长度相等，即
电流表示数为I，由于大圆弧部分的电阻是小圆弧部分电际的3倍，根据电路串并联规律可得大圆弧部分与小圆弧部分的电流大小分别为
故线据所受安培力大小为
故选C。
8.答案：B
解析：由左手定则可判断，磁场方向垂直AB向上，A错误；由图可知圆弧的有效长度等于圆弧的半径R，原来，圆弧所受的安培力大小为，若圆弧绕O点顺时针转过30°，则磁场与AB连线的夹角为60°，则圆弧所受的安培力大小为，B正确；若圆弧绕O点顺时针转过90°，磁场与AB平行，则圆弧所受的安培力为零，C错误；仅将磁场方向变为垂直纸面向外，则磁场与AB仍垂直，圆弧所受的磁场力垂直AB向下，磁场力的大小仍为，D错误。
9.答案：B
解析：当磁场方向平行时铜棒受到的安培力大小为，根据几何关系可知导线的有效长度为L，
当磁场方向平行于ac时，铜棒受到的安培力大小为，则
则。
故选B。
10.答案：B
解析：A.导体棒所受重力和安培力方向如图所示
可知导体棒受到的支持力和摩擦力可能为零，故A错误；
B.导体棒所受重力、支持力、安培力方向如图所示
由受力平衡可知，导体棒受到的摩擦力不可能为零，故B正确；
C.导体棒所受重力、支持力、安培力方向如图所示
由受力平衡可知，导体棒受到的摩擦力可能为零，故C错误；
D.导体棒所受重力、支持力、安培力方向如图所示
由受力平衡可知，导体棒受到的摩擦力可能为零，故D错误。
故选B。

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