2017_2018學(xué)年高中物理第5章磁場與回旋加速器學(xué)案（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,磁場,回旋加速器,打包,滬科版 5.4　探究安培力 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道什么是安培力．(重點(diǎn)) 2．知道左手定則的內(nèi)容．(重點(diǎn)) 3．掌握用安培力公式F＝BIL解答有關(guān)問題，通過安培力公式的應(yīng)用，培養(yǎng)空間想象能力．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 安 培 力 的 方 向 1．安培力 磁場對電流的作用力稱為安培力． 2．左手定則 伸開左手，使大拇指與其余四個(gè)手指垂直，且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線穿入手心，使四指指向電流方向，則大拇指所指的方向就是安培力的方向． 3．安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系 F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于電流方向和磁場方向所決定的平面． 1．通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用．(×) 2．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直．(√) 3．應(yīng)用左手定則時(shí)，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向．(√) 如圖5-4-1為應(yīng)用左手定則判斷通電導(dǎo)體所受安培力的方向，觀察以后回答： 圖5-4-1 (1)用什么表示電流方向？ (2)用什么表示安培力方向？ 【提示】　(1)用四個(gè)手指指向表示電流方向． (2)用大拇指所指方向表示安培力方向． 探討1：如圖5-4-2裝置中，通電后導(dǎo)體棒向外擺動(dòng)．交換磁極位置后導(dǎo)體棒怎樣運(yùn)動(dòng)？ 圖5-4-2 【提示】　向里擺動(dòng)． 探討2：通電后導(dǎo)體向外擺動(dòng)，若交換磁極位置，同時(shí)交換電源正、負(fù)極連接，則導(dǎo)體棒怎樣運(yùn)動(dòng)？ 【提示】　仍向外擺動(dòng)． 1．安培力的方向 (1)安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，但B與I不一定垂直． (2)已知I、B的方向，可唯一確定F的方向；已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可唯一確定I的方向；已知F、I的方向時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定． 2．安培力與電場力的比較 電場力 安培力 研究對象 點(diǎn)電荷 直導(dǎo)線 受力特點(diǎn) 正電荷受力方向與電場方向相同，沿電場線切線方向，負(fù)電荷相反 安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直 判斷方法 結(jié)合電場線方向和電荷正、負(fù)判斷 用左手定則判斷 3.安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的五種判斷方法 電流元法 把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向 等效法 環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流(反過來等效也成立)，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷 特殊位置法 通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向 結(jié)論法 兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；不平行的兩直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢 轉(zhuǎn)換研究對象法 定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及其運(yùn)動(dòng)方向 1．一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示．當(dāng)沒有磁場時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是(　　) 【解析】　A圖中I與B平行應(yīng)不受安培力，故A錯(cuò)誤，由左手定則知B、C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　D 2．用兩根細(xì)線把兩個(gè)完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來，讓二者等高平行放置，如圖5-4-3所示，當(dāng)兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時(shí)，則有(　　) 圖5-4-3 A．兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引 B．兩導(dǎo)線環(huán)相互排斥 C．兩導(dǎo)線環(huán)無相互作用力 D．兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排斥 【解析】　通電的導(dǎo)線環(huán)周圍能夠產(chǎn)生磁場，磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用．由于導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同，二者同位置處的電流方向完全相同，相當(dāng)于通入同向電流的直導(dǎo)線，據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律，判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引，故A正確． 【答案】　A 3．如圖5-4-4所示，在南北方向安放的長直導(dǎo)線的正上方用細(xì)線懸掛一條形小磁鐵，當(dāng)導(dǎo)線中通入圖示的電流I后，下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：29682031】 圖5-4-4 A．磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力 B．磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力 C．磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力 D．磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力 【解析】　由條形磁鐵的磁場分布，并由左手定則，可知導(dǎo)線左半部分受到安培力方向垂直紙面向外，右半部分安培力方向垂直紙面向里，由牛頓第三定律得磁鐵左半部分受到安培力方向垂直紙面向里，右半部分安培力方向垂直紙面向外，因此條形磁鐵N極向里轉(zhuǎn)．當(dāng)轉(zhuǎn)過90°時(shí)導(dǎo)線受力豎直向上，則磁鐵受力豎直向下，導(dǎo)致懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力，故C正確． 【答案】　C 左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn) (1)安培力的方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場的方向，所以應(yīng)用左手定則時(shí)，必須使拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直． (2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直，所以磁場方向不一定垂直穿入手掌，可能與四指方向成某一夾角，但四指一定要指向電流方向． 安 培 力 的 大 小 1．因素 通電導(dǎo)體在磁場中受到的安培力的大小，跟導(dǎo)體的長度L、導(dǎo)體中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B都成正比． 2．計(jì)算公式 (1)當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時(shí)，F(xiàn)＝BIL. (2)當(dāng)電流方向與磁場方向夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝BILsin θ. (3)當(dāng)電流方向與磁場方向平行時(shí)，F(xiàn)＝0. 1．安培力的大小由電流強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度兩個(gè)因素決定．(×) 2．將長度為L、電流強(qiáng)度為I的導(dǎo)體放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，導(dǎo)體所受安培力的大小一定是F＝BIL.(×) 3．通電導(dǎo)線放入磁場中不受安培力的作用，則通電導(dǎo)線一定和磁場方向平行．(√) 如圖5-4-5，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線不垂直時(shí)，可用左手定則判斷安培力的方向嗎？若電流與磁感線成θ角，則安培力大小為多少？ 圖5-4-5 【提示】　可以把B分解為平行于電流和垂直于電流兩個(gè)方向，就能用左手定則判斷安培力的方向，由此可確定安培力的大小F＝BILsin θ. 如圖5-4-6所示，一根質(zhì)量為m的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b 兩點(diǎn)，棒的中端處于方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，電流方向如圖所示，懸線上的拉力為F. 圖5-4-6 探討1：若使懸線上的拉力F變?yōu)榱?，可以采取什么方法? 【提示】　適當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度或電流． 探討2：若使懸線上的拉力F變大，可以采取什么方法？ 【提示】　減小磁感應(yīng)強(qiáng)度或電流強(qiáng)度，使磁感應(yīng)強(qiáng)度方向反向，或者使電流方向反向． 1．F＝BILsin θ適用于勻強(qiáng)磁場中的通電直導(dǎo)線，求彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受安培力時(shí)，L為有效長度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端，如圖5-4-7所示． 圖5-4-7 2．同樣情況下，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，它所受的安培力最大；導(dǎo)線與磁場方向平行時(shí)，它不受安培力；導(dǎo)線與磁場方向斜交時(shí)，它所受的安培力介于0和最大值之間． 3．在非勻強(qiáng)磁場中，只要通電直導(dǎo)線L所在位置的各點(diǎn)B矢量相等(包括大小和方向)，則導(dǎo)線所受安培力也能用上述公式計(jì)算． 4．當(dāng)電流同時(shí)受到幾個(gè)安培力時(shí)，則電流所受的安培力為這幾個(gè)安培力的矢量和． 4．如圖5-4-8所示，長為2L的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(　　) 圖5-4-8 A．0　　　 B．0.5BIL C．BIL D．2BIL 【解析】　V形通電導(dǎo)線的等效長度為L，故安培力的大小為BIL，C正確． 【答案】　C 5.如圖5-4-9，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力(　　) 圖5-4-9 A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILB B．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILB C．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILB D．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB 【解析】　導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad，由幾何知識(shí)知Lad＝(＋1)L，故線段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝(＋1)ILB，導(dǎo)線有效長度的電流方向?yàn)閍→d，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向豎直向上，故A項(xiàng)正確． 【答案】　A 6．(多選)如圖5-4-10所示，通電導(dǎo)體棒靜止于水平導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m，長為L，通過的電流大小為I且垂直紙面向里，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)軌平面成θ角，則導(dǎo)體棒受到的(　　) 圖5-4-10 A．安培力大小為BIL B．安培力大小為BILsin θ C．摩擦力大小為BILcos θ D．支持力大小為mg＋BILcos θ 【解析】　金屬桿受力如圖所示： 由于金屬桿與磁場垂直， 故安培力大小FA＝BIL. 根據(jù)平衡條件得：Ff＝FAsin θ，mg＋FAcos θ＝FN 解得：Ff＝BILsin θ，F(xiàn)N＝mg＋BILcos θ. 故A、D正確，B、C錯(cuò)誤． 【答案】　AD 求解安培力問題的四個(gè)步驟 (1)選定研究對象：一般為磁場中的通電導(dǎo)線． (2)變?nèi)S為二維：方法是沿著或逆著電流觀察，將一段有長度的導(dǎo)線看成一個(gè)沒有長度的圓圈，圈內(nèi)畫“×”為順著電流觀察，圈內(nèi)畫“·”表示逆著電流觀察． (3)畫出平面受力分析圖：其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安⊥B、F安⊥I. (4)根據(jù)力的平衡條件或牛頓第二定律列方程式進(jìn)行求解． 8