高中物理第6章磁吃电流和运动电荷的作用第1节探究磁吃电流的作用课堂互动教案鲁科版选修3_.doc

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1、第1节探究磁场对电流的作用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

2、分量:一个跟电流平行的分量B1=Bcosθ,对电流无作用力,另一个分量跟电流方向垂直B2=Bsinθ,所以F=ILB2=ILBsinθ.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=ILBsinθ.注意:①公式F=ILBsinθ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=ILBsin

3、θ)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=BILaC.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=

4、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L,故Fa=IBL.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,Fb=2BIR.C图中,将导线接通形成闭合线圈,则ab和bc两段导线受力与ac导线受力方向刚好相反,故合力为零,所以,闭合的

5、通电线圈安培力为零,Fc=0.答案:Fa=IBL,Fb=2BIR,Fc=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

6、漏掉了安培力.图6-1-5【例2】质量为m=0.02kg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=0.2m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2T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10m/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Imax时,磁场力达最

7、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Imin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-Ff1=0①FN-mgcosθ=0②Ff1=μFN③F1=BImaxd④联立①②③④式解得Imax=0.46A在图b中,由平衡条件得:F2+Ff2-mgsinθ=0⑤FN-mgcosθ=0⑥Ff2=μFN⑦F2=BImind⑧联立⑤⑥⑦⑧式解得Imin=0.14A

8、.答案:0.14A≤I≤0.46A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

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