新课标鲁科版3-1选修三6.1《探究磁场对电流的作用》WORD教案1

课堂互动三点剖析一、安培力的大小和方向1.电场力与安培力的比较电荷在电场中受到的电场力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反.电流在磁场中某处所受的磁场力(安培力)，与电流在磁场中放置的方向有关，当电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；当电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大.2.磁感应强度B的方向、安培力F的方向和电流I的方向之间的正确关系（1）设电流方向与磁感应强度方向间有一个夹角θ(如图6-1-2)，我们可以把磁感应强度B 分解为两个分量：一个跟电流平行的分量B1=B cosθ，对电流无作用力，另一个分量跟电流方向垂直B2=B sinθ，所以F=ILB2=ILB sinθ.图6-1-2（2）另一种方法是求出导体棒的等效长度即垂直于B方向上的长度，其值为L·sinθ，故F=ILB sinθ.注意：①公式F=ILB sinθ为安培力大小的计算公式.②当θ=0°时，F=0(电流与磁场平行时不受力).③当θ=90°时，F=ILB (电流与磁场垂直时受力最大).（3）注意：①导线L所处的磁场应为匀强磁场.安培力表达式F=ILB（或F=ILB sinθ）一般适用于匀强磁场，若通电导线所在区域的B的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围B的大小和方向近似相等，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力.图6-1-3②L为有效长度.安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感应强度方向垂直，则L指弯曲导线中始端指向末端的直线长度.如图6-1-3中，一“ε”字形通电导体，处于垂直于磁场方向平面内，则“ε”字形弯曲导线所受磁场力大小为F＝BIL a C.对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度L＝0，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零.【例1】如图6-1-4，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力.图6-1-4解析：A图是两根导线组成的折线，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为2L，故F a=2IBL.同理，B图的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为2R，F b＝2BIR .C图中，将导线接通形成闭合线圈，则ab和b c两段导线受力与a c导线受力方向刚好相反，故合力为零，所以，闭合的通电线圈安培力为零，F c＝0.答案：F a=2IBL，F b＝2BIR，F c＝0二、安培力作用下物体的平衡和加速运动问题(1)有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题，其中安培力是众多受力中的一个.(2)与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用：①全电路欧姆定律；②安培力求解公式F ＝BIL；③物体平衡条件(或牛顿第二定律).(3)在安培力作用下的物体平衡和运动解决步骤：先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件(或牛顿第二定律)列出方程，其中重要的是在受力过程中不要漏掉了安培力.图6-1-5【例2】质量为m＝0.02 kg的通电细杆，ab置于倾角θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨宽度为d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图6-1-5所示.现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆电流的范围为多少？(g取10 m/s2)解析：杆ab中的电流为a→b，安培力方向平行导轨向上.当电流较大时，导体有向上运动趋势，所受静摩擦力沿轨道向下，当通过ab的电流最大为I max时，磁场力达最大值F1，沿轨道向下的静摩擦增至最大值；同理，当电流最小为I min时，导体有沿轨道向上的最大静摩擦力，设此时安培力为F2.图6-1-6如图6-1-6中a、b所示，画出侧视受力图，建立坐标系.在图a中，由平衡条件得：F1-mgsinθ-F f1＝0 ①F N-mgcosθ＝0 ②F f1=μF N③F1＝BI max d ④联立①②③④式解得I max＝0.46 A在图b中，由平衡条件得：F2+F f2-mg sinθ=0 ⑤F N-mgcosθ＝0 ⑥F f2＝μF N⑦F2=BI min d⑧联立⑤⑥⑦⑧式解得I min＝0.14 A.答案：0.14 A≤I≤0.46 A三、判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向1.判定安培力的方向时要注意的几点（1）左手定则反映磁场方向、电流方向、安培力方向三者的关系.在判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.（2）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心.（3）在具体判断安培力的方向时，由于受到电场力方向判断方法的影响，有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向.为避免这种错误，同学们应该把电场力和安培力进行比较，搞清力的方向与场的方向关系.2.判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的几种方法(1)直线电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元.先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向.（2）特殊位置分析法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置.（3）等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁.（4）利用结论法：①两电流相互平行时，无转动趋势，电流同向，导线相互吸引，电流反向，导线相互排斥.②两电流不平行时，导线有转动到相互平行且电流同向的趋势.图6-1-7【例3】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合.当两线圈通以如图6-1-7所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将（）A.不动 B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸面内平动解析：方法一：直线电流元分析法把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场向上，由左手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1顺时针转动.方法二：等效分析法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后转动前，N极应指向纸内，因此应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动.方法三：利用结论法环形电流I 1、I 2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L 1的转动方向应是：从左向右看线圈L 1顺时针转动.答案：B各个击破类题演练1如图6-1-8所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面三角形框架，三边的长度分别为3L 、4L 和5L ，电阻丝L 长度的电阻为r .框架与一电动势为E 、内阻为r 的电源相连通，垂直于框架平面有磁感应强度为B 的匀强磁场.则框架受到的磁场力大小为_______，方向是_______.图6-1-8解析：总电阻R ＝r r R R R R ac abc abc abc 1247=++⋅， 总电流I ＝rE R E 4712=，三角形框架的安培力等效为I 通过a c 时受的安培力：F ＝BI ac =r BLE 4760. 答案：60BLE /47r 在框架平面内垂直于ac 向上变式提升1一劲度系数为k 的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n 的矩形线框ab c d ，bc 边长为L .线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向与线框平面垂直.在图6-1-9中，垂直于纸面向里，线框中通以电流I ，方向如图所示.开始时线框处于平衡状态，令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B ，线框达到新的平衡.在此过程中线框位移的大小Δx ＝______________，方向______________.图6-1-9解析：设线圈的质量为m ，当通以图示电流时，弹簧的伸长量为x 1，线框处于平衡状态，所以kx 1＝mg -nBIl .当电流反向时，线框达到新的平衡，弹簧的伸长量为x 2，由平衡条件可知 kx 2＝mg +nBIl所以k （x 2-x 1）＝k Δx ＝2nBIl所以Δx ＝knBIl 2 电流反向后，弹簧的伸长是x 2＞x 1，位移的方向应向下.答案：knBIl 2 向下类题演练2如图6-1-10所示，有一电阻不计、质量为m 的金属棒ab 可在两条轨道上滑动，轨道宽为L ，轨道平面与水平面间夹角为θ，置于垂直轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B .金属棒与轨道间的最大静摩擦力为重力的k 倍，回路中电源电动势为E ，内阻不计，轨道电阻也不计.问：滑动变阻器调节在什么阻值范围内，金属棒恰能静止在轨道上？图6-1-10解析：如题图所示，选金属棒ab 为研究对象，进行受力分析，金属棒静止在斜面上，相对运动的趋势不确定，当滑动变阻器的阻值小时，电路中电流大，金属棒有沿斜面向上的运动趋势，反之有向下的运动趋势.若金属棒刚要向下滑时，沿轨道方向列平衡方程如下：BI 1L ＝mg sin θ-kmgI 1=1R E 所以R 1=)(sin k mg BLE -θ 若金属棒刚要向上滑时，同理可得：BI 2L ＝mg sin θ+kmgI 2=2R E 所以R 2=)(sin k mg BLE +θ 所以金属棒的电阻应满足：)(sin k mg BLE -θ≤R ≤)(sin k mg BLE -θ. 答案：)(sin k mg BLE +θ≤R ≤)(sin k mg BLE -θ 变式提升2如图6-1-11所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N 极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面.当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动.图6-1-11解析：用等效分析法.题图中的环形电流可等效为一个小磁针，如图1所示，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动.我们还可以将图2中的条形磁铁等效为环形电流，根据安培定则可判知等效电流方向如图2所示.由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动.图1图2答案：线圈向磁铁运动变式提升3如图6-1-12所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流Ｉ时，试判断导线的运动情况.图6-1-12解析：①根据题图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况.将导线AB从N、S极的中间O分成两段，对AO、BO段所处的磁场方向如图1所示.由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，即A端垂直纸面向外运动.BO段受安培力的方向垂直纸面向里，即B 端垂直纸面向里运动.可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动.图1 图2②再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况.如图2所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动.③由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述特殊位置时，所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动.答案：从上向下看，导线AB逆时针转动，同时向下运动.。

第1讲探究磁场对电流的作用[目标定位] 1.知道安培力的定义，理解并熟练应用安培力的计算公式F＝ILB sinθ.2.掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向.3.知道电流表的基本构造和基本原理.4.通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用．一、安培力1．物理学将磁场对电流的作用力称为安培力．2．安培力的大小：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度L的乘积，即F＝ILB，安培力的单位为N.3．安培力的方向左手定则：如图1所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内．让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向．图1二、安培力就在你身边1．电动机(1)电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置．电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机还可分为单相交流电动机和三相交流电动机．(2)原理：如图2所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向上，在安培力作用下线框转动起来．图22．电流计(1)构造：如图3所示.图3(2)电流计最基本的组成部分是磁铁A和放在磁铁两极之间的缠绕着线圈并可转动的铝框B，如图所示，铝框的转轴上装有指针C和游丝D.(3)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，从而使游丝扭转形变，阻碍线圈的转动．两种作用平衡时，指针便停留在某一刻度．电流越大，指针的偏转越大，所以通过指针的偏转角度便可知道电流的大小.一、安培力的方向1．安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．2．当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心．特别提醒F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂直．例1画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向．答案如图所示解析无论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．二、安培力的大小1．对安培力F＝ILB sinθ的理解安培力大小的计算公式F＝ILB sinθ，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角．(1)当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝ILB.(2)当θ＝0°，即B与I平行时，F＝0.2．当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．图4例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )答案 A解析A图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝ILB cosθ，A 正确，B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝ILB，B错误；C图中导线和磁场方向垂直，故F＝ILB，C错误；D图中导线和磁场方向垂直，故F＝ILB，D错误．例3如图5所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )图5A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB答案 A解析导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知L ad＝(2＋1)L，故线段abcd所受磁场力的合力大小F＝IL ad B＝(2＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．三、安培力作用下的物体平衡例4如图6所示，在与水平方向夹角θ为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1m 的平行导轨上放一质量为m＝0.3kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨压力的大小．(g＝10m/s2)图6答案 (1)1.73T (2)6N解析 此类问题是关于安培力的综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑一个安培力而已．画出导体棒的受力分析图，一般先画出侧视图，再利用共点力平衡条件求解此问题．金属棒ab 中电流方向由b →a ，它所受安培力水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力，从而求出磁感应强度B ，再求出ab 对导轨的压力．(1)受力分析如图所示，ab 棒静止，沿斜面方向受力平衡，则mg sin θ＝ILB cos θ. B ＝mg tan60°IL ＝0.3×10×33×1T ＝1.73T. (2)设导轨对ab 棒的支持力为N ，由牛顿第三定律得，ab 棒对导轨的压力大小为： N ′＝N ＝mg cos60°＝0.3×1012N ＝6N. 借题发挥 有些同学在处理此类问题时常常感到比较困难，原因是空间观念不强，对磁场方向、电流方向、安培力方向的关系分辨不清，这时可由立体图画出正视图、侧视图或俯视图，则三者之间的关系就一目了然了．例如本题画出侧视图，不但磁感应强度、电流、安培力三者方向关系确定了，安培力、重力、支持力的关系也清楚了．针对训练 如图7所示，用两根轻细金属丝将质量为m 、长为l 的金属棒ab 悬挂在c 、d 两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从a 到b 的电流I 后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )图7A.mg Il tan θ，竖直向上B.mgIltan θ，竖直向下C.mg Il sin θ，平行悬线向下D.mg Il sin θ，平行悬线向上答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为F min ＝mg sin θ，即IlB min ＝mg sin θ，得B min ＝mg Ilsin θ，方向应平行于悬线向上．故选D.安培力的方向1．如图8所示，其中A 、B 图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断磁场方向．C 、D 图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向．图8答案 A 图磁场方向垂直纸面向外；B 图磁场方向在纸面内垂直F 向下；C 、D 图电流方向均垂直于纸面向里．安培力的大小2．如图9所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为I ，磁感应强度为B ，求各导线所受的安培力的大小．图9答案 A ．ILB cos α B ．ILB C.2ILB D ．2IRB E ．0安培力作用下的物体平衡3．如图10所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L .有大小为B 的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为L ，质量为m ，水平放在导轨上．当回路中通过电流时，金属杆正好能静止．求：电流的大小为多大？磁感应强度的方向如何？图10答案 mg sin αBL方向垂直导轨面向上 解析 在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系．因为B 垂直轨道面，又金属杆处于静止状态，所以F 必沿斜面向上，由左手定则知，B 垂直轨道面向上．大小满足ILB ＝mg sin α，I ＝mg sin αBL .题组一 安培力的方向1．下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是( )答案 C2．如图1所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场B 方向的是( )图1答案 B解析 要使炮弹加速，安培力应向右，由左手定则可知：磁场方向应垂直纸面向外．3．通电矩形导线框abcd 与无限长通电直导线MN 在同一平面内，电流方向如图2所示，ab 边与MN 平行．关于MN 的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是( )图2A ．线框有两条边所受的安培力方向相同B ．线框有两条边所受的安培力大小相同C ．线框所受安培力的合力方向向左D ．线框将绕MN 转动答案 BC解析 通电矩形导线框abcd 在无限长直通电导线形成的磁场中，受到磁场力的作用，对于ad 边和bc 边，所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad 边、bc 边受磁场力(安培力)大小相同，方向相反，即ad 边和bc 边受合力为零．而对于ab 和cd 两条边，由于在磁场中，离长直导线的位置不同，ab 边近而且由左手定则判断受力向左，cd 边远而且由左手定则判断受力向右，所以ab 边、cd 边受合力方向向左，故B 、C 选项正确．4．如图3所示，三根通电长直导线P 、Q 、R 互相平行且通过正三角形的三个顶点，三条导线中通入的电流大小相等，方向垂直纸面向里；通过直导线产生磁场的磁感应强度B ＝kI r，I 为通电导线的电流大小，r 为距通电导线的垂直距离，k 为常量；则通电导线R 受到的磁场力的方向是( )图3A．垂直R，指向y轴负方向B．垂直R，指向y轴正方向C．垂直R，指向x轴正方向D．垂直R，指向x轴负方向答案 A5．图4所示装置可演示磁场对通电导线的作用、电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动．下列说法正确的是( )图4A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动答案BD解析若a接正极，b接负极，则根据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接正极，f 接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向左运动，A错；若a接正极，b接负极，则根据安培定则可知线圈之间产生向上的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向右运动，B正确；若a接负极，b接正极，则根据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接正极，f接负极，L中将通有向外的电流，根据左手定则可知L向右运动，C错；若a接负极，b接正极，则根据安培定则可知线圈之间产生向下的磁场，e接负极，f接正极，L中将通有向里的电流，根据左手定则可知L向左运动，D 正确．题组二安培力的大小6．如图5所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力( )图5A ．竖直向上B ．方向垂直于ad 斜向上C ．方向垂直于bc 斜向上D ．为零答案 D7．如图6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d ，则MN 所受安培力大小( )图6A ．F ＝IdB B ．F ＝IdB sin θC ．F ＝IdBsin θD ．F ＝IdB cos θ 答案 C 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．8．如图7所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab 由水平位置1绕a 点在竖直平面内转到位置2的过程中，通电导线所受安培力是( )图7A ．数值变大，方向不变B ．数值变小，方向不变C ．数值不变，方向改变D ．数值，方向均改变答案 B解析 安培力F ＝IlB ，电流不变，垂直直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直BI 所构成的平面，所以安培力的方向不变，B 对，故选B.题组三 电动机和电流计9．有关电动机的换向器的作用，以下说法正确的是( )A ．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向B ．当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向C ．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线的方向D ．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变线圈转动方向答案 B10．为了改变电动机的转动方向，下述可采取的措施正确的是( )A ．改变电源电压的大小B ．改变通过线圈的电流的大小C ．改变通过线圈的电流的方向D ．对调N 、S 两磁极的位置，同时对调电源的正、负极答案 C题组四 安培力作用下的导体棒的平衡11．如图8所示，长L 、质量为m 的金属杆ab ，被两根竖直的金属弹簧静止吊起，金属杆ab 处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中．当金属杆中通有方向a →b 的电流I 时，每根金属弹簧的拉力大小为T .当金属杆通有方向b →a 的电流I 时，每根金属弹簧的拉力大小为2T .则磁场的磁感应强度B 的大小为________．图8答案 T IL解析 金属杆ab 受重力、磁场力、弹簧的拉力而平衡．当金属杆ab 中的电流方向由a 到b 时，磁场力向上．2T ＋IlB ＝mg ①当金属杆ab 中的电流由b 到a 时，磁场力向下．4T ＝IlB ＋mg ②解方程组得B ＝T IL.12．两个倾角均为α的光滑斜面上，各放有一根相同的金属棒，分别通有电流I 1和I 2，磁场的磁感应强度大小相同，方向如图9中所示，两金属棒均处于静止状态，两种情况下电流之比I 1∶I 2＝________.图9答案1∶cosα13．质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图10所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小．图10答案ILB cosθ＋mg ILB sinθ解析导体棒MN处于平衡状态，注意题中磁场方向与MN是垂直的，作出其侧视图，对MN进行受力分析，如图所示．由平衡条件有：f＝F sinθ，N＝F cosθ＋mg，其中F＝ILB解得：N＝ILB cosθ＋mg，f＝ILB sinθ.。

探究磁场对电流的作用-鲁科版选修3-1教案一、教学目标1.了解电流在磁场中的相互作用原理；2.理解洛伦兹力的概念及其在磁场中的应用；3.掌握磁场对电流的影响规律；4.积累实验数据，探究磁场对电流的作用。

二、教学内容1.磁场与电流的基本概念；2.探究磁场对电流的影响规律；3.实验探究磁场对电流的作用；4.经验总结和规律归纳。

三、教学重点1.磁场与电流的相互作用原理；2.磁场对电流的影响规律。

四、教学难点1.如何进行实验探究；2.磁场对电流作用的规律的规律归纳。

五、教学方法1.讲解法；2.实验探究法；3.观察法；4.归纳法。

六、教学准备1.标准实验室设备：电源、电阻、导线、电流表、磁铁；2.实验材料：铜线、银线、铁丝、电池、霍尔传感器、磁针等。

七、教学步骤与过程7.1 磁场与电流的基本概念7.1.1 磁场的概念在导体的周围或磁体内部存在着磁场。

磁场是磁体对周围空间的某种影响，是物质间及其运动状态相互作用的体现。

磁场可以通过磁感线来描述。

7.1.2 电流的概念电流是电荷在导体中的流动，是电荷量随时间的变化率。

电流的方向是电荷正方向的变化方向。

7.2 探究磁场对电流的影响规律7.2.1 洛伦兹力的概念当电流通过导线时，它会产生磁场，并受到自己的磁场的作用。

当导线处于外部磁场中时，电流也会受到外部磁场的作用。

这就是洛伦兹力，它是电流在外部磁场中发生相互作用的结果。

洛伦兹力的大小和方向与电流、磁场和导体的方向有关。

7.2.2 磁场对电流的影响规律磁场会改变电流的运动状态。

电流在磁场的作用下会发生向磁场垂直的运动，并且产生洛伦兹力。

根据右手定则可知：当电流垂直于磁场时，洛伦兹力垂直于电流和磁场的方向；当电流与磁场平行时，洛伦兹力为零。

7.3 实验探究磁场对电流的作用7.3.1 需要的实验器材•铜线；•铁丝；•电池；•磁铁；•电流表。

7.3.2 实验步骤1.在铜线两端分别接上电池，并用电流表检测电流大小；2.将铜线放入磁场中，并观察电流表的读数；3.将磁铁移向铜线，并观察电流表的读数的变化；4.改变铜线的方向，再次进行实验。

第6章磁场对电流和运动电荷的作用第1节探究磁场对电流的作用思维激活1.在现代生活中，我们的身边有很多电器，洗衣机、电冰箱、录音机、吹风机等等使我们的生活丰富多彩，你知道这些电器工作时共同的特点是什么吗？它们产生的原理又是什么呢？2.电流的磁效应是哪位科学家发现的？这一发现又有什么实际意义？答案：1.提示：这些电器工作时的共同特点是都要使用电动机.而电动机的原理是通电线圈在磁场中受安培力作用旋转，从而起到了电动的作用.2.提示：丹麦物理学家奥斯特发现了电流能产生磁场.这一发现有重大的科学价值和历史意义，为电的应用开辟了新的领域，也由此开创了电磁学的新时代.自主整理1.科学探究——安培力物理学上把磁场对_________的作用力叫安培力，研究表明，在匀强磁场中，当通电导线与磁场_________时，通电导线所受的安培力最大，等于_________、_________和_________的乘积，F=_________.左手定则判断安培力的方向：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在一个平面内，让__________垂直穿过手心，四指指向__________方向，那么，拇指所指方向即为__________在磁场中的受力方向.2.安培力就在你身边电流表、_________等都是安培力的应用.答案：1.电流垂直磁感应强度B 电流I 导线长度l IlB 磁感线电流通电导线2.电动机高手笔记1.对安培力公式的认识在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度l的乘积，即F=IBl.所以在使用该公式时，B与I的方向需垂直.同时由左手定则可得，I、B、l三者两两垂直. 若电流与磁场平行，电流受的安培力为零或不受安培力的作用，F=0.在非匀强磁场中，上述公式可近似用于很短的一段通电导线.因为导线很短时，可近似认为各点的磁感应强度相等.2.当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向及大小当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判定安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心.这时安培力的大小F=BIlsinθ，式中θ是B与I的夹角.名师解惑1.当导线方向与磁场方向有一个夹角θ时，安培力的大小如何计算？剖析:如图，可以把磁感应强度矢量分解为两个分量：与电流方向平行的分量B1=Bcosθ和与电流方向垂直的分量B2=Bsinθ.因为B1对电流没有作用力，因此电流所受的作用力F完全由B2决定，即F=ILB2，由此可得F=ILBsinθ.上式表明：安培力F的大小等于电流I、磁场中的导线长度L、磁感应强度B以及I和B之间夹角θ的正弦值的乘积.当通电导线的方向和磁场方向平行(θ=0°或θ=180°)时，安培力最小，等于零；当θ=90°时，安培力最大.2.安培力与库仑力的区别剖析:库仑力是电荷在电场中所受的力，电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反.安培力是电流在磁场中所受的力，电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向均与磁场方向垂直.3.判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动常采用的方法有哪些？剖析:常采用的方法主要有等效分析法和特殊位置分析法.(1)等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁.例如：如图(1)所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面.当线圈内通入如图方向的电流时，判断线圈如何运动.根据安培定则，可将环形等效为一个小磁针，其右端为N极，如图(2)所示，由此可判断线圈将被磁铁吸引向左运动.(2)特殊位置分析法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置.例如：如图(3)所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况.①根据图(3)所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况.将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如图(4)所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直于纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O 点逆时针转动.②再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况.如图(5)所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动.③由上述两个特殊位置的判断可知，导线的实际运动是在安培力作用下使AB逆时针转动的同时还要向下运动.讲练互动【例1】如图所示，其中A、B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向.C、D图已知磁场方向及其他对电流作用力的方向，试判断电流方向或电源的正负极并在图中标出.解析：由左手定则判断：A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里.答案：见解析.绿色通道根据左手定则，电流在磁场中受力方向既要与磁感线垂直，又要与导线中的电流垂直，且垂直于磁感线与电流所决定的平面.变式训练1.下图中的通电导线在磁场中的受力分析正确的是…( )解析：由左手定则判断A中导线受向下的力；B中导线不受力；C中导线受垂直导线斜向下方的力.所以C正确.答案：C【例2】如图，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与纸面垂直，现给导线中通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法正确的是( )A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁对桌面的压力不变D.以上说法都不可能解析：通电导线置于条形磁铁上方，使通电导线置于磁场中，如图(1)所示，由左手定则判断通电导线受到向下的安培力作用，同时由牛顿第三定律可知，力的作用是相互的，磁铁对通电导线有向下作用的同时，通电导线对磁铁有反作用力，作用在磁铁上，方向向上，如图(2)所示，对磁铁作受力分析，由于磁铁始终静止，无通电导线时，F N=mg，有通电导线时F N=mg-F′，磁铁对桌面压力减小，A对.(1)(2)答案：A绿色通道解决此类问题时，先分析导线的受力，再分析磁铁的受力.黑色陷阱此题很多同学可能会出现下面的错误解法：由于磁铁吸引导线而使磁铁对桌面有压力，选B.出现这样错误的原因是——在选择研究对象时出现问题.磁铁和电流之间有力的作用，但不一定是吸引力，具体情况要根据左手定则判断；再者也没有用牛顿第三定律来分析导线对磁铁的反作用力是向上的，应该减小了磁铁对桌面的压力.变式训练2.若将上题中的导线换成与磁铁平行的，如下图所示,导线会怎样运动，磁铁的受力又如何呢？解析：(1)根据题图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况.将导线从N、S极的中间O 分成两段，两段所处的磁场方向如图(1)所示，由左手定则可得左半段受安培力方向垂直于纸面向外，右半段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线将绕中点逆时针转动.(1) (2)(2)再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况.同例2.(3)由上述两个特殊位置的判断可知，导线的实际运动是在安培力作用下使AB逆时针转动的同时还要向下运动,而磁铁对桌面的压力仍然减小.答案：AB逆时针转动的同时还要向下运动,而磁铁对桌面的压力仍然减小.体验探究问题1:你知道当拿一块蹄形磁铁慢慢靠近发光的白炽灯时会有什么现象产生吗？做一下这个实验，思考产生这种现象的原因是什么?导思:磁铁靠近发光的灯丝，灯丝中有电流通过，当通电导线周围有磁场时，导线会受到安培力的作用，从而不断地振动起来.探究:灯丝便会颤动起来,原来灯丝中通入的是交流电，大小和方向随时间做周期性变化，当磁铁靠近时，通电的灯丝就受到变化的安培力作用，因此灯丝会振动起来.电流表的构造问题2：自制电流计.导思:准备器材，塑料瓶(或圆柱状的软木塞)，漆包线，U形磁铁，螺旋弹簧，支架等.探究:用塑料瓶作架绕制线圈，两边用图钉制作转轴，架在支架上，并放在U形磁铁的两极间，用一牙签当作指针，通电后看能否转动.。

6.1探究磁场对电流的作用一、教材分析安培力的方向和大小是重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是难点。

安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大。

对此学生常常混淆二、教学目标（一）知识与技能1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。

2、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。

3、了解磁电式电流表的工作原理。

（二）过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定则。

（三）情感、态度与价值观1、通过推导一般情况下安培力的公式F=BIL sinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。

2、通过了解磁电式电流表的工作原理，感受物理知识的相互联系。

三、教学重点难点教学重点安培力的大小计算和方向的判定。

教学难点用左手定则判定安培力的方向。

四、学情分析安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大。

对此学生常常混淆五、教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法六、课前准备1、学生的准备：认真预习课本及学案内容2、教师的准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案演示实验：蹄形磁铁多个、导线和开关、电源、铁架台、两条平行通电直导线七、课时安排：1课时八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标通过第二节的学习，我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力。

安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。

这节课我们对安培力作进一步的讨论。

（三）合作探究、精讲点播进行新课探究磁场对电流的作用（板书）我们已经了解到通电直导线垂直磁场方向放入磁场，它将受到磁场力的作用，这种力叫做安培力。

安培力的大小与哪些因素有关？根据实验可以得出：F=BIL当通电导线平行磁场方向放入磁场中，它所受的磁场力为零。

磁场对电流的作用教案磁场对电流的作用教案1(一)教学目的1.知道磁场对通电导体有作用力。

2.知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感线方向有关，改变电流方向或改变磁感线方向，导体的受力方向随着改变。

3.知道通电线圈在磁场中转动的道理。

4.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动，是消耗了电能，得到了机械能。

5.培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。

(二)教具小型直流电动机一台，学生用电源一台，大蹄形磁铁一块，干电池一节，用铝箔自制的圆筒一根(粗细、长短与铅笔差不多)，两根铝箔条(用透明胶与铝箔筒的两端相连接)，支架(吊铝箔筒用)，如课本图12-10的挂图，线圈(参见图12-2)，抄有题目的小黑板一块(也可用投影片代替)。

(三)教学过程1.引入新课本章主要研究电能；第一节和第二节我们研究了获得电能的原理和方法，第三节我们研究了电能的输送。

电能输送到用电单位，要使用电能，这就涉及到用电器，以前我们研究了电灯、电炉、电话等用电器，今天我们要研究另一种用电器--电动机。

出示电动机，给它通电，学生看到电动机转动，提高了学习兴趣。

提问：电动机是根据什么原理工作的呢？讲述：要回答这个问题，还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现--电流周围存在磁场，电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力(如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动)。

根据物体间力的作用是相互的，电流对磁体施加力时，磁体也应该对电流有力的作用。

下面我们通过实验来研究这个推断。

2.进行新课(1)通电导体在磁场里受到力的作用板书课题：〈第四节磁场对电流的作用〉介绍实验装置，将铝箔筒两端的铝箔条吊挂在支架上，使铝箔筒静止在磁铁的磁场中(参见课本中的图12-9)。

用铝箔筒作通电导体是因为铝箔筒轻，受力后容易运动，以便我们观察。

演示实验1：用一节干电池给铝箔筒通电(瞬时短路)，让学生观察铝箔筒的运动情况，并回答小黑板上的.题1：给静止在磁场中的铝箔筒通电时，铝箔筒会xxx，这说明xxx。

《探究磁场对电流的作用》的教学设计壱、引入新课：教师活动：电磁轨道炮是一种远程、高能、多任务的武器，其射速可达当前海军的舰炮的3 倍.它是一种“以炮弹的成本达到导弹的射程” 的致命武器,与传统火炮相比电磁炮优势明显:炮弹速度非常大, 可以把弹丸加速到几十千米每秒的超高速, 而且射程可与导弹相媲美。

这样就大大缩短了炮弹飞行时间, 提高了对运动目标的命中精度和摧毁能力.其原理如图所示，把待发射的炮弹（导体）放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场力的作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去.如果想提高这种电磁炮的发射速度，理论上可以怎么办？二、新课展开(一)、安培力方向（1））提出问题：安培力的方向可能与谁有关？（2））猜想讨论：学生说出自己的想法（3））分析归类第一类猜想：安培力的方向可能与电流的方向有关系；第一类猜想：安培力的方向可能与磁场的方向有关系；（4））验证猜想：学生分组实验去验证。

（5））交流实验结果【分组实验1】学生分组实验:步骤: (1)、闭合电键后注意观察磁场中的导线向哪个方向运动，同时思考安培力的方向如何。

(2)、保证电流方向不变，改变磁场方向1800，通电后观察现象，判断安培力的方向。

(3)、磁场方向不变，把电流极性换一下。

通电后看安培力的方向。

仔细分析：安培力的方向与磁场方向有什么关系？安培力的方向与电流方向有什么关系？左手定则的内容: :教师引导学生分析得出结论: 安培力的方向和磁场方向、电流方向从学生兴趣情境中引入问题，比较符合高中学生认识过程能激发学生对物理情景的探究热情.学生分组实验经历探究过程，培养学生的动手能力、归纳能力和空间想象能力；让学生体验通过实验和归纳总结得出物理规律的过程与方法；在实验和讨论中培养学生的合作意识和创新精神。

先探究安培力的方向，后探究安培力大小，这样处理有一个优势：在分析安培力大小的影响因素时可用左手定则先判断出安培力的方向，磁场方向（上、下）电流方向（里、外）安培力方向有关系. 安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面. 引入左手定则:巩固训练1.画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向.可便于安培力大小的探究。