物理人教版选修3-1 3.4通电导线在磁场中受到的力导学案设计(无答案)

编号：gswhwlxx3-1----022
文化高中高二物理选修3-1
第三章磁场
3.4 通电导线在磁场中受到的力
编制人许华奇姓名班级
学习目标：
1、了解安培力的概念，知道通电导线在磁场中受到的安培力的条件
2、会用左手定则判定安培力的方向，知道安培力既与磁场方向垂直，又与导线垂直
3、知道安培力公式F=BIL的适用条件，会用公式解决简单问题
4、了解磁电式电流表的工作原理
5、会用矢量分解方法，推导导线与磁场不垂直时的安培力公式
学习重点：安培力的大小计算和方向的判定。

学习难点：用左手定则判定安培力的方向。

课前预习
1.定义：磁场对的作用力通常称为安培力。

2.实验导入：按照P92图
3.1—3所示进行演示。

在告知磁场和电流方向的前提下，让学生思考如何判断通电导线所受安培力的方向？
（1）上下交换磁极的位置———改变磁场的方向，力的方向变化情况？
（2）改变导线中电流的方向，力的方向变化情况？
3.安培力的方向
（1）安培定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直，并使指向电流的方向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

（2）安培力的特点:F B,F I，即F垂直与和所决定的平面。

而B和I的方向关系是
4.安培力的大小
（1）当导线与匀强磁场的方向时，安培力最大为F= 。

（2）当导线与匀强磁场的方向时，安培力最小为F= 。

（3）当导线与匀强磁场的方向时，安培力介于和之间。

探究点一：安培力的方向
1、什么是左手定则？安培力的方向与那些因素有关？什么关系？
针对练习1：判断下图中导线受安培力的方向
2、通电平行直导线间的作用力方向
实验现象：
（1）电流的方向相同时：两平行导线相互。

（2）电流的方向相反时：两平行导线相互。

如图（1）中，两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流，根据现象说明产生的原因？当两导线通反向电流，产生的现象原因是什么？
（3）思考回答课本P94页第四题。

探究点二、安培力的大小
同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中
(1)导线与磁场方向垂直时，F=
(2)当导线与磁场方向平行时，F=
(3)当磁场和电流成θ时，F=
（4）安培力的范围是
针对练习:2：将长度为20cm 、通有0.1A 电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T 。

试画出下列各图中导线所受安培力的方向，并计算安培力的大小。

思考： （1）分析以上各种情况B 和I 是否垂直？
（2）经过分析你最终得出安培力F 和B 、I 的关系如何？
探究点三、磁电式电流表
（1）电流表的组成及磁场分布
电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.（最基本的是磁铁和线圈）
注意：a 、铁芯、线圈和指针是一个整体；b 、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；c 、观察——铁芯转动时螺旋弹簧会形变。

d 、电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的. 所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B 的大小是相等的.
（2）电流表的工作原理
常用的磁电式电流表是根据磁场对通电导线的作用原理制成的，其结构如图9—6所示。

由细导线制成的线圈绕在一个可以绕轴转动的铝框上，铝框的转轴上装有两个扁平的螺旋弹簧和一个指针。

线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过弹簧进入线圈的。

马蹄形磁铁的两极上各有一个内壁为圆柱面的极靴，在铝框内有一个固定的圆柱形铁芯，极靴和铁芯的作用就是使它们之间的磁感线都沿 ，并且沿圆周均匀分布，如图9—7所示。

这样，当线圈在磁场中运动时，无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线 。

当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边都受到磁场力的作用，这两个力的作用是使线圈发生转动。

线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的作用力，且此作用力随线圈转动角度的增大而增大。

当这种阻碍作用增大到与磁场力的转动作用相抵消时，线圈停止转动。

磁场对电流的作用力跟电流成 ，因而线圈中的电流越大，磁场力的转动作用也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因此根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。

（3）磁式电流表的优缺点：
①优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。

当电流方向改变时，偏转方向随之改变，故可以判定电流方向。

②缺点：由于绕制线圈的导线很细，所以允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。

正因为如此，我们用来测量的电流表，测电压的电压表都是经过改装的
节节过关
1、根据已知的两个量的方向，标明第三个量的方向。

F A I B
F D E F
2、.条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠S 极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒，如图所示，当导体棒内通入流向纸内的电流时，在通电的一瞬间，可能产生的情况是_______
A.磁铁对桌面的压力减小
B.磁铁对桌面的压力增大
C.磁铁受向左的摩擦力
D.磁铁受向右的摩擦力
3、两根平行放置的通电直导线电流方向如图所示，两根导线都可
以自由运动，则（ ）
A 、 两根导线在纸面内相互靠拢
B 、 两根导线在纸面内相互远离
C 、 右导线上端向纸内旋转，左导线上端向纸外旋转
D 、 右导线上端向纸外旋转，左导线上端向纸内旋转
4、下列关于磁电式电流表的有关说法，正确的是（ ）
A 、电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用
B 、电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用
C 、电流表指针的偏转角与所通电流成正比
D 、电流表指针的偏转角与所通电流成反比
5、一段通电直导线平行与磁场方向放入匀强磁场中，如图所示，导线上电流方向由左指向右，当导线以其中点O 为轴旋转90°的过程中，导线受到的安培力（ ）
A 、大小不变，方向不变
B 、由“0”增至最大，方向时刻变
C 、由最大减少至“0”，方向不变
D 、由“0”增至最大，方向不变
6、如图所示，质量为m 的细杆ab 置于倾角为θ的导轨上，ab 处于磁场中，ab 与导轨间动摩擦因数为μ，有电流时，ab 恰好静止在导轨上，则从b 端的侧视图看，其中杆 ab 与导轨间摩擦力可能为“0”的是（ ）
7、在倾角为30°的光滑斜面上垂直放置一根长为L 、质量为m 的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向下，如图所示，当导体棒通有垂直纸面向里的电流I 时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感应强度的大小B 为多少？
I
甲
C
乙 O。