高中物理 第三章 磁场 3-4 通电导线在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学案VIP免费

第4节通电导线在磁场中受到的力[研究学考·明确要求]知识内容通电导线在磁场中受到的力考试要求学考c选考d基本要求1.了解安培力的概念，知道通电导线在磁场中受到安培力的条件。2．了解决定安培力方向的因素，知道安培力既与磁场方向垂直，又与导线垂直。3．会用左手定则判断有关方向。4．知道安培力公式F＝ILB的适用条件，并会用公式解决简单问题。发展要求1.了解磁电式电流表的工作原理。2．会用矢量分解方法，推导导线与磁场不垂直时的安培力公式。说明1.不要求计算导线与磁场不垂直时的安培力。2．利用安培力公式，综合其他力学规律，求解力学与电学综合的问题只限于所受各力在一条直线或者相互垂直的情形。[基础梳理]1．安培力：通电导线在磁场中受的力。2．决定安培力方向的因素(1)磁场方向；(2)电流方向。3．左手定则：如图1所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内：让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。图14．安培力的特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于B和I决定的平面。[典例精析]【例1】画出下列各图中磁场中通电导线的安培力的方向。1解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则。答案如图所示解答这类问题的关键是理解以下两点：(1)运用左手定则时，无论B、I是否垂直，一定要让磁感线穿入手心，四指指向电流的方向，则拇指所指即为安培力的方向。(2)左手定则是判断电流在磁场中受力方向的法则，而安培定则是判断电流的磁场方向的法则，要注意两者的区别。[即学即练]1．如图直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，直导线能静止在光滑斜面上的是()解析要使直导线能够静止在光滑斜面上，则直导线在磁场中受到的安培力必须与重力和支持力的合力为零，通过左手定则判断出A正确。答案A[基础梳理]同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图2所示。图21．如图2甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝ILB。2．如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝0。3．如图丙，当I与B成θ角时，将B分解为沿电流方向的B1＝Bcosθ和垂直于电流方向的B2＝Bsinθ，磁场对I的作用可用B1、B2对电流的作用等效替代。则F＝F1＋F2＝0＋ILB2＝ILBsinθ。F＝ILBsin_θ，这是一般情况下安培力的表达式。2[典例精析]【例2】将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图3所示。已知磁感应强度为1T，试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。图3解析由左手定则和安培力的计算公式得：甲图中因导线与磁感线平行，所以安培力为0；由左手定则知，乙图中导线所受安培力方向在纸面内垂直导线水平向右，大小F＝ILB＝0.1×0.2×1N＝0.02N；丙图中安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝ILB＝0.02N。答案甲：0；乙：0.02N，方向在纸面内垂直导线水平向右；丙：0.02N，方向在纸面内垂直导线斜向上。[即学即练]2．如图4所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，ab与cd相距为l，则MN所受安培力大小()图4A．F＝IlBB．F＝IlBsinθC．F＝D．F＝IlBcosθ解析题中磁场和电流垂直，θ角仅是导线框与金属杆MN间夹角，不是电流与磁场的夹角。答案C[基础梳理]1．原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。图53．特点：两极间的极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直。使线圈平面3都与磁场方向平行，使表盘刻度均匀，如图5所示。4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。[典例精析]【例3】关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是()A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同B．该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等C．使线圈平面始终与磁感线平行D．线圈所处位置的磁感应强度大小不等解析两磁极...