磁场对通电导线的作用力

磁场对通电导线的作用力 江苏省沛县中学 高二物理备课组 4、磁场对通电导线的作用力 一、教学目标： 沛中 武勇 1、知识与能力： （1） 知道什么是安培力，知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力 为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受安培力的大小F=BIL ；电流 方向与磁场方向夹角为θ时，安培力F=BILsinθ。 （2） 会用左手定则熟练地判定安培力的方向。 （3） 知道电流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的基本构造，知道电流表测电流大小和方向的基本原理，了 解电流表的基本特点。 2、过程与方法： （1） 通过学生自己探索磁场对电流作用的实验，培养学生总结归纳物理规律 的能力。 （2） 通过左手定则的学习，理解磁场方向、电流方向和安培力方向三者之间 的关系，培养学生空间想象能力。 （3） 通过学习电流表的原理，学会将所学的知识应用到实际问题中，培养学 生解决实际问题的能力。 3、情感与价值观： （1） 通过对安培定则的学习，使得学生了解科学的发现不仅需要勤奋的努力 还需要严谨细致的科学态度。 （2） 通过演示实验及电流表原理的学习，培养学生分析问题、解决问题的能 力。 二、教材分析： 关于安培力这一重要内容，需要强调： 电流方向与磁场方向平行时，安培力具有最小值；电流方向与磁场方向垂直 时，安培力具有最大值，其方向可用左手定则判断。 三、重点、难点及解决 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 1、重点 （1） 掌握左手定则。 （2） 理解磁场对电流的作用大小的决定因素，掌握电流与磁场夹角为θ时， 安培力大小为F=BILsinθ。 2、难点：对左手定则的理解及其实际应用 3、解决方法 以学生实验为突破口，引导学生掌握电流在磁场中所受安培力大小的决定 因素；反复地借助实验来理解左手定则，建立磁场方向、电流方向和安培力方向 三者关系的正确图景。 四、课时安排 1课时 五、教具学具准备 铁架台、蹄形磁铁、线圈、电键、电动机模型各1个，电池2个，导线数条 六 、师生互动活动 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 1、教师引导学生进行实验，并引导学生分析、讨论磁场方向、电流方向及安 培力方向之间的关系，总结出左手定则，教师可借助墙角帮助学生建立三维坐标 空间，理解掌握左手定则 1 江苏省沛县中学 高二物理备课组 2、引导学生思考讨论B与L方向成θ角时，此时安培力的大小 3、引导学生运用学过的知识分析电流表的工作原理。 七 、教学步骤 1、引入： 【教师演示】大家观看电动机模型，它主要由一个永久磁铁和一个线圈组成，下 面我给电动机通电，大家注意观察。 现象：电动机模型通电，线圈转动 【教师演示】下面改变电流方向，大家再认真观察。 现象：线圈转动方向改变 【教师提问】为什么电流方向发生变化线圈的转动方向也会发生变化呢？学完这 节课的内容，大家就能解释了。 【教师】在前面的学习中我们已知道，磁场对通电导线有力的作用，这个力就是 安培力。 【教师提问】哪个同学能回答一下安培力的大小及其适用条件？ 【学生回答】F=BIL 适用条件：1）匀强磁场 2）导线与磁场垂直 2、安培力的大小： 【教师提问】我们知道导线与磁场垂直时F=BIL,那么大家有没有想过其他情况下导线所受安培力又如何呢？ 【学生解说其思考过的内容】 【教师归纳】1）当I , B， F=BIL 2）当I // B， F=0 3）当I与B有夹角,时，F=BIL sin,，（此时可将B分解成与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B，其中B＝Bsinθ，B＝Bcosθ,而B?? ??? 不产生安培力，导线所受安培力只是B产生的，因此可得F=BILsinθ） ? 3、安培力的方向： 安培力是矢量，不仅有大小，也有方向，其大小我们已经 认识了，下面我们来了解一下它的方向。 【教师提问】你们认为导线所受安培力应该与何因素有关？ 【学生讨论思考后回答】应该与磁场方向和电流方向有关。 【教师】下面大家两个人一组进行实验，按照自己设计探究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 探究通电导线所受安培力的方向，并归纳总结其规律。 【请两位同学上来为其他同学演示其探究方案，并归纳总结】 演示实验时，教师可提醒其应注意一下两个问题： ? 改变磁场方向，观察受力方向是否改变。 ? 改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。 【学生归纳总结】安培力的方向既跟磁场方向有关，又跟电流方向有关 【教师小结】 左手定则：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。 引入例子：以课室一墙角为例，形象说明磁场方向、电流方向和导线受力方 向的关系。 2 江苏省沛县中学 高二物理备课组 【练习】左手定则的应用： I I F 【练习小结】从上面的练习中我们知道，电流方向、磁场方向和安培力方向三者 只要任意知道其中两个，第三个物理量的方向可用左手定则判断出来。 【思考讨论】 下面大家解释一下为什么电动机的电流方向发生变化，线圈运动方向也跟着 发生变化？ I 【学生回答】因为线圈在磁场中所受安培力的方向与电流方向有关，当磁场方向 不变电流方向发生变化时，线圈受力方向随之发生了变化。 4、磁电式电流表： B?L B?L 中学实验所使用的电流表是磁电式电流表，它所依据的物理 学原理就是安培力与电流的关系。下面大家先看看这个电表的 结构，它最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。 观察的同时，大家思考下面几个问题：?线圈的转动是怎样产 生的？?线圈为什么不一直转下去？?为什么指针偏转角度的 大小可以说明被测电流的强弱？?如何根据指针偏转的方向来 确定电路上电流的方向？?使用时要特别注意什么？ 【学生抢答】：?线圈转动是因为它受到安培力的作用?当线圈 受力平衡时，将不再转动?电流越大安培力越大，螺旋弹簧的 形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的 大小?电流方向改变，安培力的方向也随之改变，指针的偏转 方向也随着改变，故根据指针的偏转方向能判断被测电流的方 向?所通电流不能太大 5、练习（见练习册） 1）课本P99第一题 2）将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场 中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试 求出下列图中导线受安培力的大小和方向。 6、总结扩展： 通过本节课的学习，我们知道了一般情况下安培力大小的求法以及方向的判 断——左手定则，并且简单了解了磁电式电流表的结构和工作原理，知道在以后 使用电流表时注意不要超过其量程。 7、小结： 磁方法：左手定则 场 安培力的方向： 对{ 推论：安培力总是垂直于B和I决定的平面 通 电 导 安培力的大小：F=BILsinθ(θ为B与I的夹角 线 的结构：磁铁和放在磁铁两级间的线圈 作磁电式电表 用{ 原理：通电线圈受安培力作用而转动 { 3 力 江苏省沛县中学 高二物理备课组 8、作业： 课本P100第二、三题 【典型例题】 【例1】如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动， 当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确 的是（从上往下看）（C） A、顺时针方向转动，同时下降 B、顺时针方向转动，同时上升 C、逆时针方向转动，同时下降 D、逆时针方向转动，同时上升 【解析】用安培定则判断通电蹄形电磁铁的极性，通电直导线在蹄形磁铁的磁场中， 它的受力情况用电流无法进行判断，如图所示把直线电流等效为AO、OO//、OB三段，//其中OO为极短的电流元。画出电磁铁的磁感线，可知OO段电流元不受安培力的作/用，AO段受垂直于纸面向外的安培力，OB段受一垂直于纸面向里的安培力，故从/上往下看，导线以OO段为轴逆时针转动。再用特殊位置法，假设导线转过90?， 如图所示，则导线受力的受力方向应竖直向下。实际上导线的运动应是上述两种运 动的合成。 【 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 】C 【例2】一根均匀粗导线的两端用柔软导线拉入电路，用用两根弹簧测力计悬挂起 来，使导线MN保持水平，如图所示，在导线MN处加水平向里的磁场，并通以自M向N的电流，弹簧测力计的示数为F，若要使弹簧测力计示数增大，可以采用的做 法是（ACD） A、只减小电流 B、只增加电流 C、只改变电流方向 D、只改变磁场方向 【解析】对通电导体进行受力分析，由左手定则，确定安培力F方向向上，如图所安示，设弹簧测力计的示数为T，则有T+F=mg 即T=mg-F，要使T增大，方法1、安安可使F减小，F=BIL可知，通过减小I，可达到目的。方法2、可使F反向，可安安安 通过改变电流方向或改变磁场方向来实现。 【答案】A、C、D 4 江苏省沛县中学 高二物理备课组 【例3】如图所示，在与水平方向成60?的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m 的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止。求：（1）匀强磁场的磁感应强度B；（2）ab棒对导轨的压力。 T 6N 【解析】先将原图改画为侧视图，对导体棒受力分析，如图所示，导体棒恰好能静 止，应有 N=F N=G x安y 因为tan60?= 所以F= tan60?N= G 安y 又F=BIL 安 所以B= 导体棒对轨道的压力与轨道对棒的支持力N大小相等。 N= = 【基础练习】 一、选择题： 1、关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（） A、F、B、I的三者必定均相互垂直 B、F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I C、B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I D、I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B 2、如图所示，在蹄形磁铁的上方放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内，则通电线圈运动的情况是（） 5 江苏省沛县中学 高二物理备课组 A、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向下运动 B、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向下运动 C、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动 D、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动 3、如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近 用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流 方向垂直纸面向里，开关S闭合，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 4、如图所示，一根通有电流I的直铜棒MN，用导线挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，此时两根悬线处于紧张状态，下列哪些措施可使悬线中张力为 零（） A、适当增大电流 B、使电流反向并适当减小 C、保持电流 I不变，适当增大B D、使电流I反向，适当减小 5、一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是（） A、减少表头线圈的匝数 B、增大表内的串联电阻 C、增强表头的永久磁铁的磁性 D、转紧表内的螺旋弹簧 6、如图所示两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F ，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场1 力大小变为F，则此时b受到的磁场力大小变为（ ） 2 A、F B、F-F C、F+F D、2F-F 2121212 二、填空题： 7、在匀强磁场中，有一段5?的导线和磁场垂直，当导线通过的电流是1A时，受磁场人作用力是0.1N，那么磁感应强度B= T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B= T，导线受到的安培力F= N。 8、长为L的水平通电直导线放在倾角为 的光滑的斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，若磁场方向竖直向上，则电流为I时导线平衡，若磁场方向垂直于1 斜面向上，则电流为I时导线平衡，那么样I：I= 。 212 6 江苏省沛县中学 高二物理备课组 三、计算题： 9、质量为0.5?的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以 I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因 数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。 10、在倾角为 的光滑斜面上，置一通有电流为I、长为L、质量为m的导体棒，如图所示，试求： ?欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小 值和方向 ?欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值和方向 11、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦） 【能力提升】 1、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线（） A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力 7 江苏省沛县中学 高二物理备课组 C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力 2、质量为m的金属导体棒置于倾角为 的导轨上，棒与导轨间的摩擦系数为 ，当导体棒通电时，恰能在导轨上静止，如图所示的四个图中标出了四种可能的匀强 磁场的磁感应强度 B的方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是（ ） 3、质量为m的一段直导线弯成N形后放到光滑水平面上，具体尺寸如图所示， 磁感受应强度为B的匀强磁场竖直向下穿过N形导线平面，当N形导线通入电流I的瞬间，导线的加速度大小为 。 4、有一金属棒ab，质量为m，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间 距为L，其平面与水平面的夹角为 ，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁 感应强度为B，金属棒与轨道的最大静磨擦力为其所受重力的k倍，回路中电源电 动势为E，内阻不计，问：滑动变阻器R调节在什么阻值范围内，金属棒能静止在 轨道上？ 8