2018版高中物理 第3章 打開(kāi)電磁學(xué)的大門 第1節(jié) 磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線學(xué)案 魯科版選修1 -1.doc

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第1節(jié)　磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識(shí)　脈　絡(luò) 1.知道左手定則，會(huì)用左手定則判斷安培力的方向．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 2.知道影響安培力大小的因素會(huì)用公式F＝BIL進(jìn)行安培力的簡(jiǎn)單計(jì)算．(重點(diǎn)) 3.了解線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，知道電動(dòng)機(jī)的工作原理．(重點(diǎn)) 安 培 力 方 向 的 判 定 1．定義：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力． 2．方向：用左手定則判斷 左手定則：伸開(kāi)左手，四指與拇指在同一平面內(nèi)并相互垂直，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，四指指向電流的方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向． 1．當(dāng)通電直導(dǎo)線垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向時(shí)，安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同．() 2．已知磁場(chǎng)方向和電流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁場(chǎng)方向和安培力的方向，判定電流的方向用右手．() 3．只要電流的方向不與磁場(chǎng)平行，電流就會(huì)受到安培力．(√) 安培力的方向與通電直導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向有什么關(guān)系？ 【提示】　與導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直． 1．安培力的方向既與磁場(chǎng)方向垂直．又與電流方向垂直．但磁場(chǎng)方向與電流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面． 2．當(dāng)磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向兩兩垂直時(shí)，只要已知其中任意兩個(gè)方向，就可以判斷第三者的方向． 3．當(dāng)不能確定磁場(chǎng)方向和電流方向垂直時(shí)，若已知磁場(chǎng)方向(或電流方向)與安培力的方向，電流方向(或磁場(chǎng)方向)不唯一． 1．下列圖示為通電直導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的不同方式，其中導(dǎo)線能受到安培力作用的是(　　) 【解析】　由于B、D所示的電流方向與磁場(chǎng)方向平行故不受安培力，A、C所示電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，受安培力作用，A、C正確． 【答案】　AC 2．如圖所示，表示磁場(chǎng)對(duì)直線電流的作用，其中不正確的是(　　) 【解析】　磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力既與導(dǎo)線垂直又與磁感線垂直，用左手定則判斷可知，A、B、D圖均正確，C圖中安培力F的方向應(yīng)向下，故C圖不正確．故選C. 【答案】　C 3．在地球赤道上空，沿東西方向水平放置一根通以由西向東的直線電流，則此導(dǎo)線(　　) A．受到豎直向上的安培力 B．受到豎直向下的安培力 C．受到由南向北的安培力 D．受到由西向東的安培力 【解析】　地球赤道上空地磁場(chǎng)的方向由南向北，根據(jù)左手定則知A對(duì)． 【答案】　A 安 培 力 大 小 的 計(jì) 算 1．大小 (1)因素：如圖311所示，通電導(dǎo)線所受的安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小以及磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向的導(dǎo)線長(zhǎng)度有關(guān)． 圖311 (2)大小：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的大小等于電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積． (3)公式表達(dá)：F＝BIl. 2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的兩種定義 (1)從磁感線角度定義為B＝. (2)從力的角度定義為B＝. 1．通電導(dǎo)線不受安培力的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零．() 2．通電直導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受力一定大．() 3．通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，受安培力最大．(√) 一個(gè)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力為零，能否說(shuō)磁感應(yīng)強(qiáng)度就一定為零？ 【提示】　不能，因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁場(chǎng)中若和磁感線平行，所受安培力就為零． 1．若B與I(l)垂直時(shí)，F(xiàn)＝BIl，此時(shí)所受的安培力最大． 2．若B與I(l)平行時(shí)，F(xiàn)＝0. 3．在計(jì)算安培力時(shí)，若放入磁場(chǎng)中的導(dǎo)線是彎曲導(dǎo)線，其安培力求解時(shí)應(yīng)用其長(zhǎng)度的有效值，即兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度．如圖312所示： 圖312 4．下列說(shuō)法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152057】 A．如果通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受安培力，則該處不存在磁場(chǎng) B．即使通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受安培力作用，該處也可能存在磁場(chǎng) C．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力大的位置磁場(chǎng)強(qiáng) D．磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，通電導(dǎo)線受到的安培力越大 【解析】　當(dāng)通電導(dǎo)線平行磁場(chǎng)放置時(shí)，不受安培力的作用，故B正確，A錯(cuò)誤．安培力的大小與通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流的大小、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及電流與磁場(chǎng)間的夾角有關(guān)系，故C、D均錯(cuò)誤．所以正確選項(xiàng)為B. 【答案】　B 5．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．沿著磁感線的方向磁感應(yīng)強(qiáng)度一定減小 B．若電流在某處不受安培力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C．知道電流的方向，同時(shí)知道該電流在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受到的安培力的方向，就能確定該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向 D．電流所受到的安培力的方向一定與電流的方向垂直，也與電流所在處的磁場(chǎng)方向垂直 【解析】　磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與磁感線疏密有關(guān)，A錯(cuò)．電流不受安培力可能是B為0，也可能是B與I平行，所以B錯(cuò)誤．已知I、F的方向不能確定B的方向，C錯(cuò)誤．F垂直于B、I形成的平面，則D正確． 【答案】　D 6. (多選)如圖313所示，金屬棒MN放置在處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行金屬導(dǎo)軌上，與金屬導(dǎo)軌組成閉合回路．當(dāng)回路通有電流(電流方向如圖中所示)時(shí)，關(guān)于金屬棒受到安培力F的方向和大小，下列說(shuō)法中正確的有(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152058】 圖313 A．F方向向右 B．F方向向左 C．增大電流，F(xiàn)增大 D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，F(xiàn)減小 【解析】　由左手定則知A項(xiàng)對(duì)，由公式F＝BIl可知C項(xiàng)正確． 【答案】　AC 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力大小與導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流的大小、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置方式有關(guān)，當(dāng)B⊥I時(shí)，F(xiàn)＝BIl，當(dāng)B∥I時(shí)F＝0，當(dāng)B與I成一銳角θ時(shí)，F(xiàn)＝BIl sin θ. 會(huì) 動(dòng) 的 線 圈 和 電 動(dòng) 機(jī) 1．通電線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)：線圈與磁場(chǎng)平行放置，當(dāng)線圈通有電流時(shí)，與磁場(chǎng)垂直的兩個(gè)邊會(huì)受到安培力作用，根據(jù)左手定則判斷知，兩個(gè)力方向相反，使線圈繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)． 2．利用線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，人們制作了電流計(jì)，第一個(gè)磁電式電流計(jì)是安培制作的，由此實(shí)現(xiàn)了電流的定量測(cè)量． 3．電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，直流電動(dòng)機(jī)還有換向器和電刷．在線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向垂直的位置時(shí)，換向器的每個(gè)半環(huán)互換連接的電刷，使電流的方向發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)了線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)． 1．電動(dòng)機(jī)是利用通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力來(lái)工作的．(√) 2．電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．(√) 在現(xiàn)代生活中，我們的身邊充滿著電器：洗衣機(jī)、電冰箱、錄音機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等．你知道這些電器工作時(shí)共同的特點(diǎn)是什么嗎？工作原理又是什么呢？ 【提示】　這些電器工作時(shí)的共同特點(diǎn)是都要使用電動(dòng)機(jī)．而電動(dòng)機(jī)的原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用旋轉(zhuǎn)，從而起到了電動(dòng)的作用． 1．工作原理 給線圈通入方向合適的電流，可以使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，電動(dòng)機(jī)是利用安培力來(lái)工作的． 2．組成 定子和轉(zhuǎn)子 (1)定子是電動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，可以是線圈，也可以是磁體． (2)轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分． 直流電動(dòng)機(jī)中還有電刷和換向器，可以將電流持續(xù)地提供給線圈并適時(shí)地改變流入線圈的電流方向，它們能使轉(zhuǎn)子按一個(gè)方向持續(xù)地旋轉(zhuǎn)． 7.如圖314所示，O為圓心，和是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外．用一根導(dǎo)線圍成如圖中KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過(guò)電流時(shí)(電源未在圖中畫出)，此時(shí)回路(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152059】 圖314 A．將向左平動(dòng) B．將向右平動(dòng) C．將在紙面內(nèi)繞通過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng) D．KL邊垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng) 【解析】　電流I1在空間形成的磁場(chǎng)是以電流I1為圓心的一系列同心圓，其中四邊形線框的KN邊和LM邊均與磁場(chǎng)方向平行不受力作用．由左手定則可判斷KL邊所受安培力垂直紙面向外，MN邊所受安培力垂直于紙面向里，故D項(xiàng)正確． 【答案】　D 8．如圖315所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放有矩形線框abcd，線框可繞其中心軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，若線框中通入圖中所示電流．試判斷此時(shí)線框的轉(zhuǎn)動(dòng)方向．(從上向下看) 圖315 【解析】　根據(jù)左手定則，讓磁感線穿入手心，四指指向電流方向．則大拇指所指的方向即通電導(dǎo)線所受安培力方向．由此可判斷此時(shí)：ab邊受安培力方向垂直紙面向里，dc邊受安培力方向垂直紙面向外，而ad邊和bc邊此時(shí)不受安培力作用，因此線框ab邊向里轉(zhuǎn)，cd邊向外轉(zhuǎn)，即從上向下看線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)． 【答案】　從上向下看線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)