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

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1、第1節(jié)　磁場中的通電導(dǎo)線 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識　脈　絡(luò) 1.知道左手定則，會用左手定則判斷安培力的方向．(重點、難點) 2.知道影響安培力大小的因素會用公式F＝BIL進(jìn)行安培力的簡單計算．(重點) 3.了解線圈在磁場中的運動情況，知道電動機(jī)的工作原理．(重點) 安 培 力 方 向 的 判 定 1．定義：通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力． 2．方向：用左手定則判斷 左手定則：伸開左手，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，安培力的方向和磁感應(yīng)

2、強(qiáng)度方向相同．(×) 2．已知磁場方向和電流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁場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平行，電流就會受到安培力．(√) 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方向垂直．又與電流方向垂直．但磁場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和電流所決定的平面． 2．當(dāng)磁場方向、電流方向、安培力方向兩兩垂直時，只要已知其中任意兩個方向，就可以判斷第三者的方向． 3．當(dāng)不能確定磁場方向和電流方向垂直時，

3、若已知磁場方向(或電流方向)與安培力的方向，電流方向(或磁場方向)不唯一． 1．下列圖示為通電直導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場中的不同方式，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方向平行故不受安培力，A、C所示電流方向與磁場方向垂直，受安培力作用，A、C正確． 【答案】　AC 2．如圖所示，表示磁場對直線電流的作用，其中不正確的是(　　) 【解析】　磁場對通電直導(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

4、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的方向由南向北，根據(jù)左手定則知A對． 【答案】　A 安 培 力 大 小 的 計 算 1．大小 (1)因素：如圖3-1-1所示，通電導(dǎo)線所受的安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小以及磁場中垂直磁場方向的導(dǎo)線長度有關(guān)． 圖3-1-1 (2)大小：在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，安培力的大小等于電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長度的乘積． (3)公式表達(dá)：F＝BIl. 2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的

5、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)線與磁場方向垂直時，受安培力最大．(√) 一個通電導(dǎo)體在磁場中受安培力為零，能否說磁感應(yīng)強(qiáng)度就一定為零？ 【提示】　不能，因為通電導(dǎo)線在磁場中若和磁感線平行，所受安培力就為零． 1．若B與I(l)垂直時，F(xiàn)＝BIl，此時所受的安培力最大． 2．若B與I(l)平行時，F(xiàn)＝0. 3．在計算安培力時，若放入磁場中的導(dǎo)線是彎曲導(dǎo)線，其安培力求解時應(yīng)用其長度的有效值，即兩端點所連

6、直線的長度．如圖3-1-2所示： 圖3-1-2 4．下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18152057】 A．如果通電導(dǎo)線在磁場中某處不受安培力，則該處不存在磁場 B．即使通電導(dǎo)線在磁場中某處不受安培力作用，該處也可能存在磁場 C．通電導(dǎo)線在磁場中受安培力大的位置磁場強(qiáng) D．磁場越強(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)線平行磁場放置時，不受安培力的作用，故B正確，A錯誤．安培力的大小與通電導(dǎo)線的長度、電流的大小、磁場的強(qiáng)弱以及電流與磁場間的夾角有關(guān)系，故C、D均錯誤．所以正確選項為B. 【答案】　B 5．下列說法中正確的是(　　) A．沿著磁感線的

7、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，同時知道該電流在磁場中某點所受到的安培力的方向，就能確定該點的磁場方向 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．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錯誤．已知I、F的方向不能確定B的方向，C錯誤．F垂直于B、I形成的平面，則D正確． 【答案】　D 6. (多選)如圖3-1-3所示，金屬棒MN放置在處于勻強(qiáng)磁場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

8、方向如圖中所示)時，關(guān)于金屬棒受到安培力F的方向和大小，下列說法中正確的有(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18152058】 圖3-1-3 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項對，由公式F＝BIl可知C項正確． 【答案】　AC 通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力大小與導(dǎo)線的長度、電流的大小、磁場的強(qiáng)弱以及導(dǎo)線在磁場中的放置方式有關(guān)，當(dāng)B⊥I時，F(xiàn)＝BIl，當(dāng)B∥I時F＝0，當(dāng)B與I成一銳角θ時，F(xiàn)＝BIl sin θ. 會 動 的 線 圈 和 電 動 機(jī) 1．通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動：線圈與磁場

9、平行放置，當(dāng)線圈通有電流時，與磁場垂直的兩個邊會受到安培力作用，根據(jù)左手定則判斷知，兩個力方向相反，使線圈繞中心軸轉(zhuǎn)動． 2．利用線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理，人們制作了電流計，第一個磁電式電流計是安培制作的，由此實現(xiàn)了電流的定量測量． 3．電動機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，直流電動機(jī)還有換向器和電刷．在線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向垂直的位置時，換向器的每個半環(huán)互換連接的電刷，使電流的方向發(fā)生改變，從而實現(xiàn)了線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動． 1．電動機(jī)是利用通電線圈在磁場中受安培力來工作的．(√) 2．電動機(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

10、道這些電器工作時共同的特點是什么嗎？工作原理又是什么呢？ 【提示】　這些電器工作時的共同特點是都要使用電動機(jī)．而電動機(jī)的原理是通電線圈在磁場中受安培力作用旋轉(zhuǎn)，從而起到了電動的作用． 1．工作原理 給線圈通入方向合適的電流，可以使線圈轉(zhuǎn)動起來，電動機(jī)是利用安培力來工作的． 2．組成 定子和轉(zhuǎn)子 (1)定子是電動機(jī)中固定不動的部分，可以是線圈，也可以是磁體． (2)轉(zhuǎn)子是電動機(jī)中轉(zhuǎn)動的部分． 直流電動機(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地改變流入線圈的電流方向，它們能使轉(zhuǎn)子按一個方向持續(xù)地旋轉(zhuǎn)． 7.如圖3-1-4所示，O為圓心，和是半徑分別為ON、

11、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電流時(電源未在圖中畫出)，此時回路(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18152059】 圖3-1-4 A．將向左平動 B．將向右平動 C．將在紙面內(nèi)繞通過O點并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動 D．KL邊垂直紙面向外運動，MN邊垂直紙面向里運動 【解析】　電流I1在空間形成的磁場是以電流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項正確． 【答案】　D 8．如圖3-1-5所示，在水平向右的勻強(qiáng)磁場中，放有矩形線框abcd，線框可繞其中心軸線自由轉(zhuǎn)動，若線框中通入圖中所示電流．試判斷此時線框的轉(zhuǎn)動方向．(從上向下看) 圖3-1-5 【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：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針轉(zhuǎn)動． 【答案】　從上向下看線框順時針轉(zhuǎn)動 6