1.1 磁场对通电导体的作用力 导学案-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

第一章第一章 安培力与洛伦兹力安培力与洛伦兹力1.1 磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力【学习目标学习目标】1. 通过实验认识安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向。经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。2.2. 结合已学知识，推导安培力大小。经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。3.3. 观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。了解安培力在生产生活中的运用，体会物理知识与科学技术的关系。【开启新探索开启新探索】奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力” 。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用，并将这种力应用在生产生活中。让我们一起去探究这种神奇的作用力吧！【质疑提升质疑提升 1】磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力- -安培力、安培力的方向安培力、安培力的方向1. 在必修三中，我们已学习了磁场对通电导体有作用力，并且结合作用力我们定义了一个物理量-磁感应强度。回顾一下：引入磁感应强度的物理意义？磁感应强度的定义式、各符号的意义？定义式的适用条件？磁感应强度的单位？2. 为纪念安培研究磁场与电流的相互作用力方面做出的杰出贡献，人们把磁场对通电导体的作用力称为安培力。在本节我们沿着科学家的足迹，研究安培力的方向与大小。观察演示实验，说明：安培力的方向与什么因素有关？有怎样的关系？3. 安培力的判定方法：左手定则。 伸开伸开 ，使，使 与其余四个手指与其余四个手指 ，并且都与手掌在，并且都与手掌在 内；让内；让磁感线从磁感线从 垂直垂直 ，并使，并使 指向电流的方向，这时指向电流的方向，这时 所指的方向就是通电所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。导线在磁场中所受安培力的方向。【学以致用学以致用 1】1根据已知的两个量的方向，标明第三个量的方向。 （关注：三维立体画法）U 型磁铁中的通电直导体受力方向 螺线管正上方 A 受安培力方向 同向电流安培力方向 反向电流安培力方向2 通电导线所受安培力 F 的方向与磁感应强度 B 的方向和电流方向之间的关系，下列说法正确的是( )AF、B、I 三者总是互相垂直的 BF 总是与 B 和 I 垂直，但 B、I之间可以不垂直CB 总与 F 和 I 垂直，但 F、I 之间可以不垂直 DI 总与 F 和 B 垂直，但 F、B 之间可以不垂直3. 在赤道上空，水平放置一根通以由西向东电流的直导线，此导线受到地磁场的安培力方向为（）A竖直向上 B竖直向下 C由南向北 D由西向东（身临其境法）4两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环时，则两环的运动情况是( )（转化法、等效法）A. 都绕圆柱转动 B. 彼此相向运动，且具有大小相等的加速度C. 彼此相向运动，电流大的加速度大 D. 彼此相向运动，电流小的加速度大【质疑提升质疑提升 2】安培力的大小，磁电式电流表安培力的大小，磁电式电流表1. 通过前面的学习，我们知道，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的长为 l 的一段导线，当通过的电流为 I 时，它所受到的安培力为多少？当电流与磁场方向平行时呢？2. 当通电导线中的电流方向与磁场方向即不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？ （进一步分析方程：B 匀强、有效的垂直分量，以实例说明 L 应等效长度）ABIBCFIFIDEIBFBIIBBIBIH3. 阅读课本，说说磁电式电流表主要的组成部分？电表可以确定电流大小、方法的原理？【学以致用学以致用 2】1. 长 0.20 m、通有 2.0 A 电流的直导线，放在B=0.50 T 的匀强磁场中，受到安培力的大小不可能是 ( )A0 N B0.10 N C0.20 N D0.40 N2. 如图所示，一根质量为 m、长为 L 的细铜棒 MN 用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当细线的张力为零时，棒中的电流大小、方向？mg/IL ，方向 M 到 N3. 质量为 m、长度为 L 的导体棒 MN 静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，其方向与导轨平面成 角斜向上，如图所示，求 MN 受到的支持力和摩擦力。 N=mg-BILcos 方向：竖直向上f=BILsin 方向：水平向左 （引导学生理解 B 和 I 的垂直、立体图转化为平面图、受力分析、正交分解）4如图所示，在跟水平面成 37角且连接电源的金属框架上，放一条长 30cm，重为 0.3N的金属棒 ab，磁感应强度 B=0.4T，方向垂直于框架平面向上，当通过金属棒的电流为 2A 时，它刚好处于静止状态，求金属棒所受摩擦力的大小和方向。 f=0.06N 沿面向下。 （立体图转化、受力分析、正交分解，扩：当电阻增大或减小时，摩擦力的变化？）【核心素养提升核心素养提升】1 根据磁感应强度的定义式 BF / IL，下列说法中正确的是 ( )A在磁场中某确定位置，B 与 F 成正比，与 I、L 的乘积成反比B磁场中某处 B 的方向跟电流在该处受磁场力 F 的方向相同C一小段通电直导线在空间某处受磁场力 F0，那么该处的 B 一定为零D一小段通电直导线放在 B 为零的位置，那么它受到的磁场力 F 也一定为零2 如图所示，通电直导线在匀强磁场中所受安培力方向正确的是（） A B C D 3如图所示，在“研究影响通电导体所受磁场力大小的因素”实验中，要使导体棒的悬线向右的摆角增大，以下操作可行的是（）3737abA改变导体棒中电流的方向B减少磁铁的数量C颠倒磁铁磁极的上下位置D增大导体棒中的电流4 如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为 n，面积为 S，线圈 a、b 两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为 B，当线圈中通电流 I 时，a、b 边所受安培力 F 方向加图乙所示。则（）A该辐向磁场是匀强磁场B穿过线圈的磁通量为BSC转动过程中安培力 F 大小总为nBIlD线圈 a 边导线电流方向垂直纸面向外5 如图所示，倾斜导轨宽为 L，与水平面成角，处在方向竖直向上、磁感应强度为 B的匀强磁场中，金属杆 ab 水平静止在粗糙导轨上。则（）A安培力方向垂直 ab 杆沿斜面向上B安培力方向垂直 ab 杆水平向左C导体棒受到摩擦力方向一定沿着导轨向上D导体棒可能不受摩擦力6 倾角为 的导电轨道间接有电源，轨道上静止放有一根金属杆 ab。现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度 B 从 0 逐渐增加的过程中，ab 杆受到的静摩擦力 ()A逐渐增大B逐渐减小C先增大后减小D先减小后增大7. 长为 2L 的导线 AC 对折成直角，放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，如图所示，当导线中通以电流 I 时，它受到的安培力大小如何？ BIL(合成法、等效长度）8. 有人做了一个如图所示的实验： 把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？IB （由于弹簧可以相当于众多的同向环形电流，同向电流相互吸引，所以是上端悬挂、下端自由的弹簧将上下振动。 ）9. 如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为 n，线圈的水平边长为 l，处于匀强磁场内，磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。 （1）导出用 n、m、l、I 表示磁感应强度 B 的表达式。（2）当 n 9，l10.0 cm，I0.10 A，m 8.78 g 时，磁感应强度 是多少？ B= 10有一金属细棒 ab，质量 m=0.05kg，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为 L=0.5m，其平面与水平面的夹角为=37，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B=1.0T，金属棒与轨道的动摩擦因数 =0.5， （设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）回路中电源电动势为 E=3V，内阻 r=0.5。 （g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）求：（1）为保证金属细棒不会沿斜面向上滑动，流过金属细棒 ab 的电流的最大值为多少？（2）滑动变阻器 R 的阻值应调节在什么范围内，金属棒能静止在轨道上？1A 2.5R14.5abErBR第一章第一章 安培力与洛伦兹力安培力与洛伦兹力1.1 磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力【学习目标学习目标】1. 通过实验认识安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向。经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。2.2. 结合已学知识，推导安培力大小。经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。3.3. 观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。了解安培力在生产生活中的运用，体会物理知识与科学技术的关系。【开启新探索开启新探索】奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力” 。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用，并将这种力应用在生产生活中。让我们一起去探究这种神奇的作用力吧！【质疑提升质疑提升 1】磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力- -安培力、安培力的方向安培力、安培力的方向1. 在必修三中，我们已学习了磁场对通电导体有作用力，并且结合作用力我们定义了一个物理量-磁感应强度。回顾一下：引入磁感应强度的物理意义？磁感应强度的定义式、各符号的意义？定义式的适用条件？磁感应强度的单位？2. 为纪念安培研究磁场与电流的相互作用力方面做出的杰出贡献，人们把磁场对通电导体的作用力称为安培力。在本节我们沿着科学家的足迹，研究安培力的方向与大小。观察演示实验，说明：安培力的方向与什么因素有关？有怎样的关系？3. 安培力的判定方法：左手定则。 伸开伸开 ，使，使 与其余四个手指与其余四个手指 ，并且都与手掌在，并且都与手掌在 内；让内；让磁感线从磁感线从 垂直垂直 ，并使，并使 指向电流的方向，这时指向电流的方向，这时 所指的方向就是通电所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。导线在磁场中所受安培力的方向。【学以致用学以致用 1】1根据已知的两个量的方向，标明第三个量的方向。U 型磁铁中的通电直导体受力方向 螺线管正上方 A 受安培力方向 同向电流安培力方向 反向电流安培力方向2 通电导线所受安培力 F 的方向与磁感应强度 B 的方向和电流方向之间的关系，下列说法正确的是( )AF、B、I 三者总是互相垂直的 BF 总是与 B 和 I 垂直，但 B、I之间可以不垂直CB 总与 F 和 I 垂直，但 F、I 之间可以不垂直 DI 总与 F 和 B 垂直，但 F、B 之间可以不垂直3. 在赤道上空，水平放置一根通以由西向东电流的直导线，此导线受到地磁场的安培力方向为（）A竖直向上 B竖直向下 C由南向北 D由西向东4两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环时，则两环的运动情况是( )A. 都绕圆柱转动 B. 彼此相向运动，且具有大小相等的加速度C. 彼此相向运动，电流大的加速度大 D. 彼此相向运动，电流小的加速度大【质疑提升质疑提升 2】安培力的大小，磁电式电流表安培力的大小，磁电式电流表1. 通过前面的学习，我们知道，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的长为 l 的一段导线，当通过的电流为 I 时，它所受到的安培力为多少？当电流与磁场方向平行时呢？2. 当通电导线中的电流方向与磁场方向即不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？ABIBCFIFIDEIBFBIIBBIBIH3. 阅读课本，说说磁电式电流表主要的组成部分？电表可以确定电流大小、方法的原理？【学以致用学以致用 2】1. 长 0.20 m、通有 2.0 A 电流的直导线，放在B=0.50 T 的匀强磁场中，受到安培力的大小不可能是 ( )A0 N B0.10 N C0.20 N D0.40 N2. 如图所示，一根质量为 m、长为 L 的细铜棒 MN 用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当细线的张力为零时，棒中的电流大小、方向？3. 质量为 m、长度为 L 的导体棒 MN 静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，其方向与导轨平面成 角斜向上，如图所示，求 MN 受到的支持力和摩擦力。4如图所示，在跟水平面成 37角且连接电源的金属框架上，放一条长 30cm，重为 0.3N的金属棒 ab，磁感应强度 B=0.4T，方向垂直于框架平面向上，当通过金属棒的电流为 2A 时，它刚好处于静止状态，求金属棒所受摩擦力的大小和方向。【核心素养提升核心素养提升】1 根据磁感应强度的定义式 BF / IL，下列说法中正确的是 ( )A在磁场中某确定位置，B 与 F 成正比，与 I、L 的乘积成反比B磁场中某处 B 的方向跟电流在该处受磁场力 F 的方向相同C一小段通电直导线在空间某处受磁场力 F0，那么该处的 B 一定为零D一小段通电直导线放在 B 为零的位置，那么它受到的磁场力 F 也一定为零2 如图所示，通电直导线在匀强磁场中所受安培力方向正确的是（） A B C D 3如图所示，在“研究影响通电导体所受磁场力大小的因素”实验中，要使导体棒的悬线向右的摆角增大，以下操作可行的是（）A改变导体棒中电流的方向3737abB减少磁铁的数量C颠倒磁铁磁极的上下位置D增大导体棒中的电流4 如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为 n，面积为 S，线圈 a、b 两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为 B，当线圈中通电流 I 时，a、b 边所受安培力 F 方向加图乙所示。则（）A该辐向磁场是匀强磁场B穿过线圈的磁通量为BSC转动过程中安培力 F 大小总为nBIlD线圈 a 边导线电流方向垂直纸面向外5 如图所示，倾斜导轨宽为 L，与水平面成角，处在方向竖直向上、磁感应强度为 B的匀强磁场中，金属杆 ab 水平静止在粗糙导轨上。则（）A安培力方向垂直 ab 杆沿斜面向上B安培力方向垂直 ab 杆水平向左C导体棒受到摩擦力方向一定沿着导轨向上D导体棒可能不受摩擦力6 倾角为 的导电轨道间接有电源，轨道上静止放有一根金属杆 ab。现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度 B 从 0 逐渐增加的过程中，ab 杆受到的静摩擦力 ()A逐渐增大B逐渐减小C先增大后减小D先减小后增大7. 长为 2L 的导线 AC 对折成直角，放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，如图所示，当导线中通以电流 I 时，它受到的安培力大小如何？ DddS8. 有人做了一个如图所示的实验： 把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？IB9. 如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为 n，线圈的水平边长为 l，处于匀强磁场内，磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。 （1）导出用 n、m、l、I 表示磁感应强度 B 的表达式。（2）当 n 9，l10.0 cm，I0.10 A，m 8.78 g 时，磁感应强度 是多少？10有一金属细棒 ab，质量 m=0.05kg，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为 L=0.5m，其平面与水平面的夹角为=37，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B=1.0T，金属棒与轨道的动摩擦因数 =0.5， （设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）回路中电源电动势为 E=3V，内阻 r=0.5。 （g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）求：（1）为保证金属细棒不会沿斜面向上滑动，流过金属细棒 ab 的电流的最大值为多少？（2）滑动变阻器 R 的阻值应调节在什么范围内，金属棒能静止在轨道上？abErBR