2022年高中物理第章打开电磁学的大门第节磁场中的通电导线教师用书鲁科版选修- .pdf

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1、1 第 1 节磁场中的通电导线课标解读重点难点1. 知道影响安培力大小和方向的因素，知道左手定则和安培力大小的计算公式能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小2. 了解线圈在磁场中的运动情况，以及磁电式仪表的工作原理3. 知道电动机的工作原理. 1. 安培力的计算，左手定则的应用，电动机的原理( 重点 ) 2. 磁感应强度的理解，左手定则的应用 ( 难点 ) 会动的导线1. 基本知识(1) 安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力方向：用左手定则判断左手定则：伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，则

2、拇指所指的方向就是安培力的方向大小a因素：如图3-1-1所示，通电导线所受的安培力的大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直磁场方向的导线长度有关图 3-1-1b大小：在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力的大小等于电流、磁感应强度和导线长度的乘积c公式表达：FBIl. (2) 磁感应强度的两种定义名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2 从磁感线角度定义为BS. 从力的角度定义为BFIl. 2思考判断(1

3、) 当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同( )(2) 已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手( )(3) 只要电流的方向不与磁场平行，电流就会受到安培力( )3探究交流安培力的方向与通电直导线方向、磁感应强度的方向有什么关系？【提示】与导线方向、磁感应强度方向都垂直会动的线圈和电动机1. 基本知识(1) 通电线圈在磁场中的转动：线圈与磁场平行放置，当线圈通有电流时，与磁场垂直的两个边会受到安培力作用，根据左手定则判断知，两个力方向相反， 使线圈绕中心轴转动(2) 利用线圈在磁场中受力转动的原理，人们制作了

4、磁电式电流计，第一个磁电式电流计是安培制作的，由此实现了电流的定量测量(3) 电动机由转子和定子构成，直流电动机还有换向器和电刷在线圈平面转到与磁场方向垂直的位置时，换向器的每个半环互换连接的电刷，使电流的方向发生改变，从而实现了线圈的持续转动2探究交流在现代生活中，我们的身边充满着电器：洗衣机、电冰箱、录音机、吹风机等你知道这些电器工作时共同的特点是什么吗？工作原理又是什么呢？【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. 安培力方向的判定【问题导思】1安培力的方向与哪些因素有关？【提示】磁场的方向和电流的方向名师资料

5、总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 2安培力的方向与磁感应强度的方向一定垂直吗？【提示】一定垂直1安培力的方向既与磁场方向垂直又与电流方向垂直但磁场方向与电流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面2当磁场方向、电流方向、安培力方向两两垂直时，只要已知其中任意两个方向，就可以判断第三者的方向3当不能确定磁场方向和电流方向垂直时，若已知磁场方向( 或电流方向 ) 与安培力的方向，电流方向( 或

6、磁场方向 ) 不唯一安培定则反映的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系，而左手定则反映的是电流方向、磁场方向和安培力方向三者之间的关系，注意区分如图所示，表示磁场对直线电流的作用，其中不正确的是( ) 【导学号： 31870019】【解析】磁场对通电直导线的作用力既与导线垂直又与磁感线垂直，用左手定则判断可知， A、B、D图均正确， C图中安培力F的方向应向下，故C图不正确故选C. 【答案】C 1下列图示为通电直导线置于匀强磁场中的不同方式，其中导线能受到安培力作用的是( ) 【解析】由于 BD所示的电流方向与磁场方向平行故不受安培力，AC所示电流方向与名师资料总结 - - -精品资料欢迎下

7、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4 磁场方向垂直，受安培力作用，AC正确【答案】AC 安培力大小的计算【问题导思】1把一段通电导线放在磁场中，怎样放受力最小？怎样放受力最大？【提示】平行于磁场最小，垂直于磁场最大2安培力的大小与哪些因素有关？【提示】导线长度、电流的大小、磁感应强度、导线与磁场的夹角1若B与I(l)垂直时，FBIl，此时所受的安培力最大2若B与I(l)平行时，F0. 3在计算安培力时，若放入磁场中的导线是弯曲导线，其安培力求解时应用

8、其长度的有效值，即两端点所连直线的长度如下图3-1-2 所示：图 3-1-2将长度为20 cm、通有 0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图3-1-3 所示，已知磁感应强度为1 T试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向图 3-1-3【解析】由左手定则和安培力的计算公式得：(1) 因为导线与磁感线平行，所以导线受到的安培力为零；(2) 由左手定则知，安培力方向垂直于导线水平向右，大小为FBIL10.1 20102 N0.02 N ；(3) 由左手定则知，安培力的方向在纸面内垂直于导线斜向上，大小为FBIL10.1 20102 N0.02 N. 【答案】见解析2如图 3-

9、1-4 所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直若仅将导线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 中的电流增大为原来的2 倍，则导线所受安培力的大小将( ) 【导学号： 31870020】图 3-1-4A减小为原来的14B减小为原来的12C增大为原来的2 倍D增大为原来的4 倍【答案】C 探究电动机的工作原理【问题导思】1电动机是靠什么动力工作的？【提示】安培力2电动机工作时是靠什么来改变通入线圈中电流方

10、向的？【提示】换向器1工作原理给线圈通入方向合适的电流，可以使线圈转动起来，电动机是利用安培力来工作的2组成定子和转子(1) 定子是电动机中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是磁体(2) 转子是电动机中转动的部分直流电动机中还有电刷和换向器，可以将电流持续地提供给线圈并适时地改变流入线圈的电流方向，它们能使转子按一个方向持续地旋转如图 3-1-5 所示，在水平向右的匀强磁场中，放有矩形线框abcd，线框可绕其中心轴线自由转动，若线框中通入图中所示电流试判断此时线框的转动方向( 从上向下看 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

11、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 图 3-1-5【解析】根据左手定则，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向则大拇指所指的方向即通电导线所受安培力方向由此可判断此时：ab边受安培力方向垂直纸面向里，dc边受安培力方向垂直纸面向外，而ad边和bc边此时不受安培力作用，因此线框ab边向里转，cd边向外转，即从上向下看线框顺时针转动【答案】从上向下看线框顺时针转动3如图 3-1-6 所示，O为圆心，是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外用一根导线围成如图中KLMN所示的回路

12、，当回路中沿图示方向通过电流时( 电源未在图中画出) ，此时回路 ( ) 图 3-1-6A将向左平动B将向右平动C将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动DKL边垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动【解析】电流I1在空间形成的磁场是以电流I1为圆心的一系列同心圆，其中四边形线框的KN边和LM边均与磁场方向平行不受力作用由左手定则可判断KL边所受安培力垂直纸面向外，MN边所受安培力垂直于纸面向里，故D项正确【答案】D 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13

13、页 - - - - - - - - - 7 【备课资源】(教师用书独具 ) 磁悬浮列车磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10 毫米左右列车速度可达每小时400500 千米，适合于城市间的长距离快速运输超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大， 一般为 100 毫米左右，速度可达每小时500 千米以上 . 1下列说法正确的是( ) A如果通电导线在磁场中某处

14、不受安培力，则该处不存在磁场B即使通电导线在磁场中某处不受安培力作用，该处也可能存在磁场C通电导线在磁场中受安培力大的位置磁场强D磁场越强的位置，通电导线受到的安培力越大【解析】当通电导线平行磁场放置时，不受安培力的作用，故B正确， A错误安培力的大小与通电导线的长度、电流的大小、 磁场的强弱以及电流与磁场间的夹角有关系，故C、D均错误所以正确选项为B. 【答案】B 2. 如图 3-1-7 所示，金属棒MN放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，与金属导轨组成闭合回路当回路通有电流( 电流方向如图中所示) 时，关于金属棒受到安培力F的方向和大小，下列说法中正确的有( ) AF方向向右BF方向

15、向左名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 8 C增大电流强度，F增大D增大磁感应强度，F减小图 3-1-7【解析】由左手定则知A项对，由公式FBIL可知 C项正确【答案】AC 3在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线( ) 【导学号： 31870021】A受到竖直向上的安培力B受到竖直向下的安培力C受到由南向北的安培力D受到由西向东的安培力【解析】地球赤道上空地磁场的方向由南向北，根据

16、左手定则知A对【答案】A 4如图 3-1-8 所示，一根长为L、质量为m的导线AB，用软导线悬挂在方向水平向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，现要使悬线张力为零，则AB导线通电方向怎样？电流是多大？图 3-1-8【解析】要使悬线张力为零，AB导线受到的磁场力必须向上，由左手定则可判断电流的方向是AB. 设悬线张力刚好为零，由二力平衡得BILmg所以ImgBL. 【答案】电流方向：ABmgBL学业达标测评 ( 八) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 -

17、 - - - - - - - - 9 ( 建议用时： 45 分钟 ) 1关于磁感应强度，下列说法中正确的是( ) 【导学号： 31870022】A由BFIl可知，B与F成正比，与Il成反比B由BFIl可知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场C通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强D磁感应强度的方向就是小磁针北极受力的方向【解析】磁场中某点的磁感应强度B是客现存在的， 与是否放通电导线，通电导线受力的大小无关， 所以选项A、C均错当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力，但磁场却存在， 所以选项 B错磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向， 而不是通电导线的受力方向【

18、答案】D 2在如图中，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( ) 【解析】由左手定则判断可知C正确【答案】C 3各地地磁场磁感应强度( 水平分量 )Bx有所不同，可以在相关手册上查到下表给出我国几个城市的Bx值. 地名北京广州上海武汉Bx/104 T0.2890.3750.3330.343 现将同一根通电直导线分别在以上四地竖直放置，则使导线受磁场力最大的是( ) A北京B广州C上海D武汉【解析】由安培力公式FBIL可知，同一根通电直导线竖直放置时，地磁场磁感应强度水平分量Bx越大，导线所受安培力越大，故导线在广州所受磁场力最大，B正确【

19、答案】B 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 10 4如图 3-1-9 所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用FN表示磁铁对桌面的压力，用F表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较( ) 图 3-1-9AFN减小，F0 BFN减小，F0CFN增大，F0 DFN增大，F0【解析】如图所示，画出一条通过电流I处的磁感线，电流I处的磁场方

20、向水平向左 由左手定则知电流I受安培力方向竖直向上，根据牛顿第三定律知，电流对磁铁的作用力方向竖直向下， 所以磁铁对桌面压力增大由于磁铁没有相对于桌面的运动趋势，故桌面对磁铁无摩擦力作用【答案】C 5关于磁电式电流计，下列说法正确的是( ) A电流计的工作原理是安培力对通电线框的转动作用B电流计的工作原理是安培力对通电线框的加速作用C电流计指针偏转的角度与所通电流的大小成正比D电流计指针偏转的角度与所通电流的大小成反比【解析】电流计的工作原理是通电线圈在磁场中受到安培力的作用，并产生转动 电流越大，线框受到的安培力越大，指针偏转角度越大，故A、C正确， B、D不正确【答案】AC 6通电矩形导线

21、框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，ab与MN平行，电流方向如图3-1-10 所示关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是( ) 图 3-1-10A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朝左名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 11 Dcd边不受安培力的作用【解析】先判定导线框所在处的磁场方向垂直纸面向里如图所示，且离导线MN越近，磁场越强；越远，磁场

22、越弱，由此可判定bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反，ab边所受安培力比cd边大，即FabFcd，方向相反， 由此可判定线框所受安培力的合力向左故B、C选项正确【答案】BC 7有一小段通电导线，长为1 cm，电流为 5 A ，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为 0.1 N ，则该点的磁感应强度B一定是 ( ) AB2 T BB2 TCB2 T D以上情况都有可能【解析】如果通电导线是垂直磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F0.1 N，则该点磁感应强度为BFIL0.150.01 T 2 T 如果通电导线不是垂直磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时受的力，垂直放置时受力将大于0.1

23、 N ，由定义式可知，B将大于 2 T 应选 C. 【答案】C 8如图 3-1-11 所示， 一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用要使安培力增大，可采用的方法有 ( ) 图 3-1-11A增大磁感应强度B减小磁感应强度C增大电流D减小电流【解析】由FBILsin 知，安培力大小与磁感应强度B、电流I和导体与磁场方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - -

24、- - - 12 向的夹角 有关，且随B、I的增大而增大【答案】AC 9在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图3-1-12 所示过c点的导线所受安培力的方向( ) 图 3-1-12A与ab边平行，竖直向上B与ab边平行，竖直向下C与ab边垂直，指向左边D与ab边垂直，指向右边【解析】根据同向电流相互吸引知，c处电流受a、b电流的安培力分别沿ca和cb方向，这两个力大小相等，故c处导线受这两个安培力的合力向左与ab垂直【答案】C 10节日里，大街小巷，彩灯闪烁，很是好看某校学生王亮学习了安培力后，与兴趣小组成员制作了彩灯闪烁装置把

25、一根柔软的螺旋弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面接触，并使它与小彩灯泡、电池、开关、导线组成如图3-1-13所示电路闭合开关后，彩灯不停地闪烁起来请你分析一下彩灯的闪烁原理图 3-1-13【解析】闭合开关后， 弹簧通电彩灯亮，弹簧可看作多个同向电流圆线圈，每个圆线圈受其他线圈的安培力，相互吸引而纵向收缩、变短，下端离开水银面而断电，彩灯不亮 安培力消失，在重力作用下，弹簧下端又接触水银面通电，彩灯再亮，弹簧再收缩，如此反复下去彩灯就能不停地闪烁起来【答案】见解析11在磁感应强度是4.0 102 T 的匀强磁场里，有一条与磁场方向垂直，长8 cm 的通电导线ab( 如图 3-1-14

26、 所示) ，通电导线ab所受的安培力是1.0 102N，方向垂直纸面指向外，求导线中电流的大小和方向名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 13 图 3-1-14【解析】根据左手定则，可以判断导线中的电流的方向由b指向a. 利用安培力的计算公式可得：IFBl1.0 10 24.0 1028102A3.1 A.【答案】I3.1 A方向由b指向a12在赤道上， 地磁场可看成是沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度的大小是0.50104T. 如果赤道上有一根沿东西方向的直导线，长为100 m，载有从东向西的电流50 A，地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？【解析】因电流和磁场方向垂直，所以FBIL0.5010450100 N0.25 N 由左手定则知安培力方向向下【答案】0.25 N 方向向下名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -