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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第3章第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力（教案） 【知識與技能】 1、掌握判斷安培力方向和安培力的計算方法。 2、能夠結合力學知識解決磁場中的綜合問題。 【過程與方法】 1、通過演示、分析、歸納使學生理解安培力的方向和大小的計算培養(yǎng)學生的空間想象能力 【情感態(tài)度與價值觀】 1、體會利用左右手判斷方向的簡便性在普遍現(xiàn)象中尋找規(guī)律。 【教學過程】 ★重難點一、安培力的方向★ 1．安培力 通電導線在磁場中受到的力稱為安培力． 2．決定安培力方向的因素 磁場方向和電流方向． 3．左手定則 如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向． ★安培定則與左手定則的區(qū)別 安培定則(右手螺旋定則) 左手定則 應用 判斷電流的磁場方向 判斷電流在磁 場中的受力方向 內容 具體 情況 直線 電流 環(huán)形電流或通電螺線管 電流在磁場中 條件 大拇指指向電流的方向 四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向 磁感線穿過手掌心，四指指向電流方向 結果 四指彎曲方向表示磁感線的方向 大拇指指向軸線上的磁感線方向 大拇指指向電流受到的磁場力的方向 4 ．安培力方向的判斷 1．安培力的方向不僅跟磁場方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場方向與電流方向所構成的平面。在判斷安培力方向時，應首先判定這個平面，然后再應用左手定則。 2．當電流方向與磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不是垂直進入掌心。 3．注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與磁場、電場的方向的關系，安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行。 【特別提醒】 (1)安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，但磁場方向和電流方向不一定垂直． (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向唯一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一． (3)判斷電流的磁場方向用安培定則，確定通電導體在磁場中的受力方向用左手定則． 5．通電平行直線電流間的作用情況 (1)兩平行電流間同向電流相互吸引，異向電流相互排斥． (2)兩非平行直線電流有轉到互相平行且電流方向相同的趨勢． 6．安培力方向與電場力方向的比較 電場力 安培力 研究對象 點電荷 電流元 受力特點 正電荷受力方向，與電場方向相同，沿電場線切線方向，與負電荷受力方向相反 安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直 判斷方法 結合電場方向和電荷的正、負判斷 用左手定則判斷 7.分析導體在磁場中運動情況的幾種常用方法 電流 元法 把整段彎曲導線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導線所受合力的方向，從而確定導線運動方向 特殊位置法 通電導線轉動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向 等效法 環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立。等效后再確定相互作用情況 結論法 兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉動趨勢，同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉到平行且電流方向相同的趨勢 轉換研究對象法 定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向。 【典型例題】某同學畫的表示磁場B、電流I和安培力F的相互關系如圖所示，其中正確的是（ ） F 【答案】D ★重難點二、安培力的大小★ 安培力的大小 1．當通電導線與磁感線垂直時，即電流方向與磁感線垂直時，所受的安培力最大：F＝BIL. 2．當B與I成θ角時，安培力的大小F＝ILBsinθ，θ是磁感應強度B的方向與導線方向的夾角． 3．當通電導線與磁感線平行時，所受安培力為零． 【特別提醒】 導線L所處的磁場應為勻強磁場．安培力表達式F＝ILB(或F＝ILBsinθ)一般適用于勻強磁場，若通電導線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應將導體分成若干段，使每段導線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導線所受的磁場力，然后再求合力． 4．磁場中通電導線的等效長度 (1)公式F＝IBL中的L對彎曲長度來說指的是“等效長度”． 彎曲通電導線的有效長度L等于連接曲線兩端點直線的長度，相應的電流沿L的始端流向末端，如圖甲所示． (2)任意閉合通電導線的有效長度為零，所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零，如圖乙所示． 【典型例題】如圖所示，兩平行金屬導軌間的距離L=0.40m，金屬導軌所在的平面與水平面夾角θ=37，在導軌所在平面內，分布著磁感應強度B=0.50T、方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場。金屬導軌的一端接有電動勢E=4.5V、內阻r=0.50Ω的直流電源?，F(xiàn)把一個質量m=0.040kg的導體棒ab放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止。導體棒與金屬導軌垂直、且接觸良好，導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5Ω，金屬導軌電阻不計，g取10m/s2。已知sin37=0.60，cos37=0.80，求： θ θ a b E r B （1）通過導體棒的電流；（2）導體棒受到的安培力的大??；（3）導體棒受到的摩擦力。 【答案】（1）1.5A （2）0.30N（3）0.06N 【解析】（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律有：I==1.5A （2）導體棒受到的安培力：F安=BIL=0.30N （3）重力沿斜面向下的分力F1= mgsin37=0.24N，小于安培力0.30N，故導體棒受沿斜面向下的摩擦力f作用 ，根據(jù)共點力平衡條件有： mg sin37+f=F安 解得：f=0.06N 靜摩擦力方向沿斜面向下 ★重難點三、磁電式電流表★ 1．原理：安培力與電流的關系． 2．構造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴．如圖所示． 3．特點：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場方向平行，從而使表盤刻度均勻． 4．工作原理：如圖所示是線圈在磁場中受力的示意圖．當電流通過線圈時，導線受到安培力的作用，由左手定則知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉動，通過轉軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉動，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉的角度就能判斷通過電流的大?。€圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉方向也隨著改變．所以，根據(jù)指針的偏轉方向，可以知道被測電流的方向． 5．優(yōu)缺點：優(yōu)點是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導線很細，允許通過的電流很弱．如果希望它測量較大的電流值，就要擴大其量程．