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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(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力（教案） 【知識(shí)與技能】 1、掌握判斷安培力方向和安培力的計(jì)算方法。 2、能夠結(jié)合力學(xué)知識(shí)解決磁場(chǎng)中的綜合問(wèn)題。 【過(guò)程與方法】 1、通過(guò)演示、分析、歸納使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、體會(huì)利用左右手判斷方向的簡(jiǎn)便性在普遍現(xiàn)象中尋找規(guī)律。 【教學(xué)過(guò)程】 ★重難點(diǎn)一、安培力的方向★ 1．安培力 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力． 2．決定安培力方向的因素 磁場(chǎng)方向和電流方向． 3．左手定則 如圖所示，伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(yīng)用 判斷電流的磁場(chǎng)方向 判斷電流在磁 場(chǎng)中的受力方向 內(nèi)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(chǎng)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(guò)手掌心，四指指向電流方向 結(jié)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(chǎng)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(chǎng)方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場(chǎng)方向與電流方向所構(gòu)成的平面。在判斷安培力方向時(shí)，應(yīng)首先判定這個(gè)平面，然后再應(yīng)用左手定則。 2．當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心。 3．注意區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與磁場(chǎng)、電場(chǎng)的方向的關(guān)系，安培力的方向總是與磁場(chǎng)的方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行。 【特別提醒】 (1)安培力總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面，但磁場(chǎng)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(chǎng)方向用安培定則，確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)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(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢(shì)． 6．安培力方向與電場(chǎng)力方向的比較 電場(chǎng)力 安培力 研究對(duì)象 點(diǎn)電荷 電流元 受力特點(diǎn) 正電荷受力方向，與電場(chǎng)方向相同，沿電場(chǎng)線切線方向，與負(fù)電荷受力方向相反 安培力方向與磁場(chǎng)方向和電流方向都垂直 判斷方法 結(jié)合電場(chǎng)方向和電荷的正、負(fù)判斷 用左手定則判斷 7.分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法 電流 元法 把整段彎曲導(dǎo)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(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向 特殊位置法 通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)形電流，反過(guò)來(lái)等效也成立。等效后再確定相互作用情況 結(jié)論法 兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，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(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì) 轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法 定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)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(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。 【典型例題】某同學(xué)畫的表示磁場(chǎng)B、電流I和安培力F的相互關(guān)系如圖所示，其中正確的是（ ） F 【答案】D ★重難點(diǎn)二、安培力的大小★ 安培力的大小 1．當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大：F＝BIL. 2．當(dāng)B與I成θ角時(shí)，安培力的大小F＝ILBsinθ，θ是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角． 3．當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力為零． 【特別提醒】 導(dǎo)線L所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)．安培力表達(dá)式F＝ILB(或F＝ILBsinθ)一般適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，然后再求合力． 4．磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度 (1)公式F＝IBL中的L對(duì)彎曲長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)指的是“等效長(zhǎng)度”． 彎曲通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于連接曲線兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)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(dǎo)線的有效長(zhǎng)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(dǎo)軌間的距離L=0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ=37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E=4.5V、內(nèi)阻r=0.50Ω的直流電源?，F(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.040kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0=2.5Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2。已知sin37=0.60，cos37=0.80，求： θ θ a b E r B （1）通過(guò)導(dǎo)體棒的電流；（2）導(dǎo)體棒受到的安培力的大?。唬?）導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力f作用 ，根據(jù)共點(diǎn)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(diǎn)三、磁電式電流表★ 1．原理：安培力與電流的關(guān)系． 2．構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴．如圖所示． 3．特點(diǎn)：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場(chǎng)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(chǎng)中受力的示意圖．當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(zhuǎn)的角度就能判斷通過(guò)電流的大?。€圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變．所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向． 5．優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱．如果希望它測(cè)量較大的電流值，就要擴(kuò)大其量程．