2019-2020年高中物理 3.4安培力的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-1.doc
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2019-2020年高中物理 3.4安培力的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-1 1.知道磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運用它測量電流的大小和方向的基本原理. 2.知道直流電動機的基本構(gòu)造以及它的基本工作原理. 3.知道直流電動機和電流表的內(nèi)部磁場的分布特點. 4.能準確判定線圈各邊所受磁場力的方向 1.電磁炮利用安培力推動通電導(dǎo)體平動的,直流電動機利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動的. 2.直流電動機的優(yōu)點:通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速. 3.電流表是測量電流的電學(xué)儀器,實驗時經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表. 判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運動方向,一般采用下列幾種方法: (1)電流元分析法. 把長直電流等分為無數(shù)小段直線電流元,先用左手定則判斷出一小段電流元受到的安培力方向,再判斷整段電流所受的安培力合力的方向,從而確定導(dǎo)線的運動方向. (2)特殊位置分析法. 先分析通電導(dǎo)線上的某個特殊位置,判斷其安培力方向,從而確定運動方向. (3)等效分析法. 常把條形磁鐵等效為環(huán)形電流,也可把環(huán)形電流等效為小磁針,以及把通電螺線管等效成多個環(huán)形電流或條形磁鐵. (4)結(jié)論分析法. ①兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢,同向電流相互吸引,反向電流相互排斥;②兩電流不平行時,有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢. (5)轉(zhuǎn)換研究對象法:因為電流之間,電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律,這樣,定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題,可先分析電流在磁體的磁場中所受到的安培力,然后由牛頓第三定律,再確定磁體所受電流作用力,從而確定磁體所受合力及運動方向. 兩條導(dǎo)線相互垂直如圖所示,但相隔一段小距離,其中一條AB是固定的,另一條CD能自由活動,當直流電流按圖所示方向通入兩條導(dǎo)線時,導(dǎo)線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)( ) A.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時靠近導(dǎo)線AB B.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時離開導(dǎo)線AB C.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時離開導(dǎo)線AB D.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時靠近導(dǎo)線AB 解析:本題可用下面兩種方法解答. (1)電流元受力分析法:把直線電流CD等效為CO、DO兩段電流元,AB電流的磁感線分布如圖所示,用左手定則判定可知導(dǎo)線CD將逆時針轉(zhuǎn)動. (2)特殊值分析法:將導(dǎo)線CD轉(zhuǎn)過90的特殊位置,兩直線電流相互平行,方向相同相互吸引,可見CD將靠近AB,所以導(dǎo)線CD逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時要靠近導(dǎo)線AB.因此正確答案是D. 答案:D ?練習 如圖所示的彈性線圈AB,當給它通電時下面判斷正確的是(D) A.當電流從A向B通過時線圈長度增加,當電流反向時線圈長度減小 B.當電流從B向A通過時線圈長度增加,當電流反向時線圈長度減小 C.不管電流方向如何,線圈長度都不變 D.不管電流方向如何,線圈長度都減小 解析:本題可用下面兩種方法解答. (1)等效分析法:通電彈性線圈由許多環(huán)形電流組成,把環(huán)形電流等效成條形磁鐵,當電流從A向B通過線圈時條形磁鐵的極性如圖所示,各條形磁鐵相互吸引,即各線環(huán)相互吸引,可見線圈的長度變短,當電流從B向A通過線圈時條形磁鐵的極性與圖所示的相反,各條形磁鐵相互吸引,即各線環(huán)相互吸引,線圈的長度仍然變短,所以D正確. (2)推論分析法:把環(huán)形電流看成無數(shù)小段的直線電流組成,當電流從A向B通過線圈時各線環(huán)的電流方向如圖所示,各電流平行且同向,相互吸引,線圈長度變短,當電流從B向A通過線圈時各線環(huán)的電流方向與圖所示方向相反,但各電流仍平行且同向,相互吸引,線圈長度仍變短,故D正確. 一、單項選擇題 1.如圖所示,在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c,各導(dǎo)線中的電流大小相同,其中a、c導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外,b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向內(nèi).每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對它的安培力作用,則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力,以下說法中正確的是(B) A.導(dǎo)線a所受合力方向水平向右 B.導(dǎo)線c所受合力方向水平向右 C.導(dǎo)線c所受合力方向水平向左 D.導(dǎo)線b所受合力方向水平向左 解析:首先用安培定則判定導(dǎo)線所在處的磁場方向,要注意是合磁場的方向,然后用左手定則判定導(dǎo)線的受力方向.可以確定B是正確的. 2.在如圖所示電路中,電池均相同,當電鍵S分別置于a、b兩處時,導(dǎo)線MM′與NN′之間的安培力的大小分別為fa、fb,判斷這兩段導(dǎo)線(D) A.fa>fb,相互吸引 B.fa>fb,相互排斥 C.fa<fb,相互吸引 D.fa<fb,相互排斥 解析:電鍵S分別置于a、b兩處時,電源分別為一節(jié)干電池、兩節(jié)干電池,而電路中燈泡電阻不變,則電路中電流Ia<Ib,MM′和NN′處的磁感應(yīng)強度Ba<Bb,應(yīng)用安培力公式F=BIL可知fa<fb,又MM′和NN′電流方向相反,則相互排斥. 3.如下圖所示,一根通電的直導(dǎo)體棒放在傾斜的粗糙導(dǎo)軌上,且有圖示方向的勻強磁場,處于靜止狀態(tài),若增大電流強度,導(dǎo)體棒仍靜止,則在電流增大到剛要運動的過程中,導(dǎo)體棒受到摩擦力的大小變化情況可能是(B) A.一直減小 B.先減小后增大 C.先增大后減小 D.始終不變 解析:由左手定則可判定安培力方向沿斜面向上,若開始時摩擦力方向沿斜面向下,則有F安=mgsin θ+f,而F安=BIL,則f=mgsin θ-F安,I增大,f減??;當f減小到0后,F(xiàn)安>mgsin θ,f反方向,I增大?f增大. 4.如圖所示,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中,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所受磁場的合力(A) 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:將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線,根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的大小,根據(jù)F=BIL計算出安培力的大小,再求合力.導(dǎo)線所受合力F=BIL+2BILsin 45=(+1)ILB. 二、不定項選擇題 5.一條形磁鐵放在水平桌面上,它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒,圖中只畫出此棒的截面圖,并標出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的,在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是(AD) A.磁鐵對桌面的壓力減小 B.磁鐵對桌面的壓力增大 C.磁鐵受到向右的摩擦力 D.磁鐵受到向左的摩擦力 解析:如圖所示.導(dǎo)體棒通電后,由左手定則,導(dǎo)體棒受到斜向左下方的安培力,由牛頓第三定律可得,磁鐵受到導(dǎo)體棒的作用力應(yīng)斜向右上方,所以在通電的一瞬間,磁鐵對桌面的壓力減小,磁鐵受到向左的摩擦力,因此A、D正確. 6.如圖所示,一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線,懸掛于線圈上方,MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi),為使MN垂直于紙面向外運動,則(AB) A.將a、c端接在電源正極,b、d端接在電源負極 B.將b、d端接在電源正極,a、c端接在電源負極 C.將a、d端接在電源正極,b、c端接在電源負極 D.將b、c端接在電源正極,a、d端接在電源負極 三、非選擇題(按題目要求作答.解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 7.如圖(a)所示,傾角為α、相距為L的光滑導(dǎo)軌與一穩(wěn)恒電源連接,導(dǎo)軌處于垂直于導(dǎo)軌形成的斜面向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,有一質(zhì)量為m的金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好后恰好處于靜止狀態(tài).圖(b)為金屬棒與斜面的切面圖,重力加速度取g. (1)試在圖(b)中作出金屬棒受力示意圖; (2)計算流過金屬棒的電流. 解析:(1)金屬棒所受的力的示意圖如圖所示: (2)根據(jù)安培力的公式,有:F安=BIL.① 根據(jù)力的平衡條件,有:F安=mgsin α. ② ①②兩式聯(lián)立得:I=. 答案:(1)見解析圖 (2) 8.如圖所示,在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m,質(zhì)量為610-2 kg的通電直導(dǎo)線,電流強度I=1 A,方向垂直于紙面向外,導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動,整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4 T,方向豎直向上的磁場中.設(shè)t=0時,B=0,則需要多長時間,斜面對導(dǎo)線的支持力為零?(g取10 m/s2) 解析:斜面對導(dǎo)線的支持力為零時導(dǎo)線的受力如圖所示 由平衡條件得:FTcos 37=F,① FTsin 37=mg,② 由①②解得:F=, 代入數(shù)值得:F=0.8 N, 由F=BIL得:B== T=2 T. B與t的變化關(guān)系為B=0.4 t,所以t=5 s. 答案:5 s 9.如圖,水平放置的光滑的金屬導(dǎo)軌M、N,平行地置于勻強磁場中,間距為d,磁場的磁感強度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面夾為α ,金屬棒ab的質(zhì)量為m,放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直.電源電動勢為E,定值電阻為R,其余部分電阻不 計.則當電鍵閉合的瞬間,棒ab的加速度為多大? 解析:畫出導(dǎo)體棒ab受力的截面圖 如圖所示導(dǎo)體棒ab所受安培力:F=BIL. 由牛頓第二定律得:Fsin α=ma,導(dǎo)體棒ab中的電流:I=,得a=. 答案:- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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