电磁学第三章例题教学文案

合集下载

高中物理第三章磁场第4讲习题课:安培力的综合应用学案教科版选修3-1(2021年整理)

高中物理第三章磁场第4讲习题课:安培力的综合应用学案教科版选修3-1(2021年整理)

2017-2018学年高中物理第三章磁场第4讲习题课:安培力的综合应用学案教科版选修3-1编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(2017-2018学年高中物理第三章磁场第4讲习题课:安培力的综合应用学案教科版选修3-1)的内容能够给您的工作和学习带来便利。

同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。

本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为2017-2018学年高中物理第三章磁场第4讲习题课:安培力的综合应用学案教科版选修3-1的全部内容。

第4讲习题课:安培力的综合应用[目标定位] 1。

知道安培力的概念,会用左手定则判定安培力的方向2。

理解并熟练应用安培力的计算公式F=ILB sin θ.3。

会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题.一、安培力作用下导线的平衡1.一般解题步骤:(1)明确研究对象;(2)先把立体图改画成平面图,并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上;(3)根据平衡条件:F合=0列方程求解.2.求解安培力时注意:(1)首先确定出通电导线所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向;(2)安培力大小与导线放置的角度有关,但一般情况下只要求导线与磁场垂直的情况,其中L 为导线垂直于磁场方向的长度,即有效长度.例1如图1所示,质量m=0.1 kg的导体棒静止于倾角为θ=30°的斜面上,导体棒长度L =0。

5 m.通入垂直纸面向里的电流,电流大小I=2 A,整个装置处于磁感应强度B=0。

5 T、方向竖直向上的匀强磁场中.求:(取g=10 m/s2)图1(1)导体棒所受安培力的大小和方向;(2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向.解析解决此题的关键是分析导体棒的受力情况,明确各力的方向和大小.(1)安培力F安=ILB=2×0.5×0。

电磁学教学资料 第三章 闭合电路的十个图象

电磁学教学资料 第三章 闭合电路的十个图象

I 9
十、组合图象
如图所示的图线①表示某电 池组的输出电压与电流的 关系(图线),图线②表示 其输出功率与电流的关系 (图线)。则下列说法正确 的是( )
A)电池组的电动势为60V。 B)电池组的内阻为10欧。 C)电流为2.5A时,外电路
的电阻为14欧。 D)输出功率为80W时,输
出电压可能为40V。
支路20电21/7压/13 ,求出另外一些支路电压。
27
基尔霍夫方程组原则上可以解决任何直流电路问题.为避免 方程过多,在具体解题过程中可灵活运用,充分运用基尔霍夫 笫一方程组,使未知变量数目尽可能少,从而使问题简化.
如下图所示,在设定 I1、 I2之后,对CA支路可不必再设
新的变量 ,直接设它为 I1 I2,这样便将三个未知变量减少 到两个.
2021/7/13
20
3、回路:由支路组成的闭合路径称为回路。
a
b
3
1
2
4
5
6
d
c
图 示 电 路 中 {1,2} 、 {1,3,4,6} 、 {1,3,5,6} 、 {2,3,4,6} 、
{2,3,5,6}和{4,5}都是回路。
4、网孔:将电路画在平面上内部不含有支路的回路,称为网孔。
图示电路中的{1,2}、{2,3,4,6}和{4,5}回路都是网孔。
2021/7/13
26
R1
I1 A
I2
R2
I3 R3
C ε1
ε2 D
B 选独立回路的 方法:网眼法
例:设电路的绕行方向为顺时针。
对ACBA回路: I1R 112I2R 20
对ABDA回路: I2R 22I3R 30 只有两个独立方程

高中物理人教版选修3-1教学案:第三章 第4节 通电导线在磁场中受到的力 含答案

高中物理人教版选修3-1教学案:第三章 第4节 通电导线在磁场中受到的力 含答案

高中物理人教版选修3-1教学案:第三章第4节通电导线在磁场中受到的力含答案2.当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,公式F=ILB sin_θ。

三、磁电式电流表图3-4-11.原理安培力与电流的关系。

2.构造磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。

如图3-4-1所示。

3.特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,使线圈平面都与磁场方向平行,从而使表盘刻度均匀。

图3-4-24.工作原理如图3-4-2所示是线圈在磁场中受力的示意图。

当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用,由左手定则知,线圈左右两边所受的安培力的方向相反,于是架在轴上的线圈就要转动,通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形,反抗线圈的转动,电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大,所以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。

线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变。

所以,根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。

5.优缺点优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱。

1.自主思考——判一判(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。

(×)(2)安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。

(√)(3)应用左手定则时,四指指向电流方向,拇指指向安培力方向。

(√)(4)通电导线在磁场中不一定受安培力。

(√)(5)一通电导线放在磁场中某处不受安培力,该处的磁感应强度不一定是零。

(√)(6)若磁场一定,导线的长度和电流也一定的情况下,导线平行于磁场时,安培力最大,垂直于磁场时,安培力最小。

(×)2.合作探究——议一议图3-4-3(1)如图3-4-3所示,两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用,在什么情况下两条直导线相互吸引,什么情况下两条直导线相互排斥?提示:每一条通电直导线均处在另一直导线电流产生的磁场中,根据安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向,再根据左手定则可判断出每一条通电直导线所受的安培力,由此可知,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥。

高中物理选修3-1:第三章第4节通电导线在磁场中的受力(教案)

高中物理选修3-1:第三章第4节通电导线在磁场中的受力(教案)
三、教学重难点
1.重点:安培力的方向和大小
2.难点:弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系
四、学情预设及分析
学生对于场的知识有了一定的基础,但并不能从基础根本认识到场的存在,所以对于本章的学习有一定的难度,尤其对于立体空间想象能力,矢量合成,力的方向,电流的方向,磁场的方向的空间关系不能找好。
五、实验器材及教学辅助技术
教学辅助技术:希沃授课助手、固定的实物展台
实验器材:安培力演示仪、橡皮泥、三色笔芯、学生电源、CuSO4溶液、蹄形磁铁、碎纸屑、通电平行直导线相互作用力演示器
六、教学过程
环节一:历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有作用力的人物是谁呢?
法国物理学家安培,他是电动力学的创始人,在电动力学中有着杰出的贡献,人们为了纪念他,把磁场对通电导线的作用力叫做安培力。
2.知道左手定则的内容,会用左手定则熟练地判定安培力的方向,并会用它分析解决有关实际问题。
3.会用安培力公式F=ILB解答有关问题.知道导线方向与磁场方向平行时,导线受的安培力最小,等于零;导线方向与磁场方向垂直时,导线受的安培力最大,等于ILB.
4.知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理
课题名称
《磁场对通电导线的作用力》
一、教学内容分析
本节是人教版选修3-1第三章第四节的内容,本节对学生基础性知识的理解有比较高的要求,对左手定则和右手定则的综合性要求较高,以及对于学生立体感和空间感都有较高要求,能力要求较强,在高考中属于高频考点对于下一章的学习也至关重要。
二、教学目标
1.知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与导线、磁场方向都垂直时,它的方向的判断——左手定则。
环节四:磁电式电流表的构造及工作原理

人教版高中物理选修3-1第三章3-4-通电导线在磁场中受到的力(学案)

人教版高中物理选修3-1第三章3-4-通电导线在磁场中受到的力(学案)

§3.4 通电导线在磁场中受到的力学案【学习目标】1、认识安培力。

2、会判断安培力的方向。

3、会计算匀强磁场中的安培力。

4、会判断通电导线在磁场中的运动情况。

5、了解磁电式电流表的基本原理。

【学习重点和难点】1、安培力方向的判断。

2、通电导线在磁场中的运动情况的判断。

【自主学习】一、安培力的方向1.安培力:通电导线在中受的力.2.决定安培力方向的因素:(1) 方向;(2) 方向.3.左手定则:如右图所示,伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且拇指与手掌在同一平面内.让磁感线从进入并使四指指向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.4.安培力的特点与电流方向、磁感应强度的方向都,即安培力F 于B和I决定的平面.二、安培力的大小1.当长为L的导线,垂直于磁场B放置,通过的电流为I时,F=,此时电流受力最大.2.当磁感应强度B的方向与通电导线时,导线受力为零.3.当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时,F= .这是一般情况下安培力的表达式.其中Bsinθ是B垂直于电流方向的分量.三、磁电式电流表1.基本组成部分:磁铁和放在磁铁两极之间的2.工作原理:如右图所示,磁场的方向总沿着均匀辐射地分布,在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的,保证B的大小不发生变化,且安培力的方向与线圈平面,当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用,线圈转动,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动,电流越大,安培力就,螺旋弹簧的形变也就,I与指针偏角θ成正比,表盘刻度 (选填“均匀”、“不均匀”).所以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小.3.优、缺点:优点是高,能测出很弱的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱.【合作探究】1、为什么平行导线间同向电流相互吸引,反向电流相互排斥?2、.“安培定则(右手螺旋定则)”和“左手定则”有何区别和联系?3、磁电式电流表线圈处的磁场为何是辐射状的?【精讲点拨】1.判定安培力的方向应注意的问题在解决有关磁场对电流的作用问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键,在判定安培力方向时要注意以下几点:(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面,从而判断出安培力的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,而是斜穿过手心.(3)在具体判断安培力的方向时.初学者由于受到静电力方向判断方法的影响,有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向.为避免这种错误,应该把静电力和安培力进行比较,搞清力的方向与场的方向的关系及区别. 例、下图表示放在匀强磁场里的通电直导线,直导线与磁场方向垂直,图中分别标出了电流、磁感应强度和安培力这三个量中的两个的方向,试标出第三个量的方向.(注:一般用“⊗”表示电流垂直纸面向里,用“⊙”表示电流垂直纸面向外.)2.安培力大小的计算计算安培力大小时,要注意理解和灵活应用公式F=ILB 和F=ILBsin θ.(1)公式F=ILB 中L 指的是“有效长度”.当B 与I 垂直时,F 最大,F=ILB ;当B 与I 平行时,F=0. 弯曲导线的有效长度L ,等于连接两端点直线的长度(如下图所示);相应的电流沿L 由始端流向末端.(2)当磁场和电流成θ角时,如下图所示.将磁感应强度B 正交分解成B ⊥=Bsin θ和B ∥=Bcos θ,而B ∥对电流是没有作用的.F =B ⊥IL =BILsin θ,即F =BILsin θ.(3)安培力公式一般用于匀强磁场,或通电导线所处区域的B 的大小和方向处处相同.如果导线各部分所处的位置B 的大小、方向不相同,应将导体分成若干段,使每段导线所处的范围B 的大小和方向近似相同,求出各段导线受的磁场力,然后再求合力.3.通电导线在安培力作用下运动情况的判断方法(1)基本方法:首先确定导线所在位置的磁场分布情况,然后结合左手定则准确判断导线的受力情况,再根据力和运动的关系确定导线的的运动情况。

电磁学(梁灿彬)第三章

电磁学(梁灿彬)第三章
由于极化,分子的正负电荷发生 位移,体积元内一部分电荷因极 化而迁移到的外部,同时外部也 有电荷迁移到体积元内部。因此 体积元内部有可能出现净余的电
荷(又称为束缚电荷), '表示
束缚电荷密度。
nql dS np dS P dS
S
介质极化后,一些分子 电偶极子跨过dS,当偶极子 的负电荷处于体积元 l dS 内时,同一偶极子的正电
荷就穿出界面dS外边,则穿出dS外面的正电荷为:
nql dS np dS P dS
由于介质是电中性的,由V内通过界面S 穿出的正电荷量等于V内净余的负电荷量
V 'dV
P dS S
注:
(1)线性均匀介质中,极化迁出的电荷与迁入的电 荷相等,不出现极化电荷分布。
(2)不均匀介质或由多种不同结构物质混合而成的 介质,可出现极化电荷。
• 体积: ldS |cos | (斜柱体)
• 偶极子数: n ldS |cos | (中心在斜柱体内)
• 电量: dq’ = -nqldS cos (下半柱体,即 V 内)
dq’ = -npdS cos PdS cos P dS
q' P dS
S
'
1 V
S
P
dS
换一个角度理解上述原理
某点 ’ 已知,求该点 0 。
解:A 内: E = 0 (导体内)
A 外: E 0 ' nˆ (高斯定理) 0
P 0E ( 0 ')nˆ
' P nˆ' P nˆ ( 0 ')
’ 0
A
’ n 0
A 介质
nˆ' nˆ 由介质指向导体
解得
0
'1

电磁学第三章课后习题答案

电磁学第三章课后习题答案

电磁学第三章课后习题答案电磁学第三章课后习题答案电磁学是物理学中的重要分支,研究电荷和电流之间相互作用的规律。

在电磁学的学习过程中,习题是巩固知识和提高能力的重要途径。

本文将为大家提供电磁学第三章的课后习题答案,希望能对大家的学习有所帮助。

1. 一个导线的长度为l,电流为I,如图所示。

求导线两端的电势差。

答案:根据欧姆定律,电势差等于电流乘以电阻。

而导线的电阻可以通过电阻率乘以长度除以横截面积来计算。

所以,导线两端的电势差为V = I × (ρl/A)。

2. 一个导线的电阻为R,电流为I,如图所示。

求导线两端的电势差。

答案:根据欧姆定律,电势差等于电流乘以电阻。

所以,导线两端的电势差为V = I × R。

3. 一个导线的电阻为R,电流为I,导线的长度为l,电阻率为ρ,横截面积为A。

求导线两端的电势差。

答案:根据欧姆定律,电势差等于电流乘以电阻。

而导线的电阻可以通过电阻率乘以长度除以横截面积来计算。

所以,导线两端的电势差为V = I × R = I × (ρl/A)。

4. 在一个电路中,有一个电阻为R1的电阻器和一个电阻为R2的电阻器连接在一起,电流为I。

求两个电阻器上的电势差。

答案:根据欧姆定律,电势差等于电流乘以电阻。

所以,第一个电阻器上的电势差为V1 = I × R1,第二个电阻器上的电势差为V2 = I × R2。

5. 在一个电路中,有一个电阻为R1的电阻器和一个电阻为R2的电阻器连接在一起,电阻器之间的电势差为V。

求电流的大小。

答案:根据欧姆定律,电势差等于电流乘以电阻。

所以,V = I × (R1 + R2)。

解方程可得电流的大小为I = V / (R1 + R2)。

6. 一个电路中有两个电阻器,电阻分别为R1和R2,电流为I。

求电路中的总电阻。

答案:电路中的总电阻可以通过电阻器的并联和串联来计算。

如果电阻器是串联的,总电阻等于各个电阻器的电阻之和,即R = R1 + R2。

高中物理 第三章 磁场 3_4通电导线在磁场中受到的力学案新人教版选修3-1

高中物理 第三章 磁场 3_4通电导线在磁场中受到的力学案新人教版选修3-1

3.4通电导线在磁场中受到的力【课前预习】1、左手定则:。

2、垂直于磁场B放置、长为L的一段导线,当通过的电流为I时,它所受的安培力F为。

当磁感应强度B的方向与导线方向夹角成α角时,安培力的大小为3、磁电式仪表最基本的组成部分是和。

为了使电流表表盘的刻度均匀,两磁极间装有极靴,极靴中间又有一个铁质圆柱,使磁场都沿方向,线圈始终跟磁感线。

【课堂学习】一、安培力的方向1.安培力的方向与什么因素有关呢?演示实验(在右图中标出电流,磁感应强度,安培力的方向)左手定则: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。

例1.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外的电流,则 ( )A磁铁对桌面压力减小,不受桌面的摩擦力作用B磁铁对桌面压力减小,受到桌面的摩擦力作用C磁铁对桌面压力增大,不受桌面的摩擦力作用D磁铁对桌面压力增大,受到桌面的摩擦力作用例2.如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流时,导线的运动情况是(俯视图)()针对练习:判断下图中导线受安培力的方向A、顺时针方向转动,同时下降B、顺时针方向转动,同时上升C、逆时针方向转动,同时下降D、逆时针方向转动,同时上升2.通电平行直导线间的作用力方向如图,两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时,它们相互间的作用力的方向如何?电流相反的情况又如何呢?结论: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= ,θ为夹角(4)安培力的范围是针对练习: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。

高中物理选修3-1第三章第4节通电导线在磁场中受到的力(教案)

高中物理选修3-1第三章第4节通电导线在磁场中受到的力(教案)

通电导线在磁场中受到的力一、教学目标核心素养层面:教学目标:1.知识与技能(1)知道安培力,会计算安培力的大小(2)知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直,会用左手定则判断安培力的方向;(3)知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.2.过程与方法(1)经历推导磁场中安培力的表达式,感受逻辑的力量;(2)通过学生分组实验,经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程,体验控制变量探究物理规律的方法.3.情感、态度与价值观(1)了解安培力在生产、生活中的作用,培养学生将科学技术服务于人类社会的意识;(2)经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程,培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心.二、教学内容与学情分析1、教材分析:本节教材系人教版物理选修3-1第三章第4节的内容,磁场对电流的作用――安培力,在教材中起着承上启下的作用。

它不仅是与上节知识(磁场性质)的联系点,而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础。

安培力方向与电流、磁场方向关系的实验探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课,涵盖了科学探究的基本因素,有助于培养学生物理学科的核心素养。

2、学情分析学生在学习本节课之前,已经学习了磁场,知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点,了解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系。

学生通过高一物理“必修”课程的学习,经历了牛顿第二定律等实验探究过程,已经掌握了变量控制实验探究的一些科学研究方法,为本节的探究性学习做了铺垫。

三、任务分解四、教学活动教学过程设计教师教学活动设计活动设计复习一:(1)图中已知磁场方向,根据安培定则判断电流方向?教师教学活动设计活动设计复习一:(1)图中已知磁场方向,根据安培定则判断电流方向?(2)图中已知电流方向,请判断小磁针转动方向?提出问题:(1)在通电导线旁边的小磁针为什么会转动?(2)根据逆向思维,小磁针的磁场会不会对通电导线也有力的作用呢?引入新课:【活动一】创设情境,提出本节课的核心任务(1)创设情景(视频展示)央视国际频道的一则电磁轨道炮的新闻. (2)提出课题电磁轨道炮,是一种新式武器,既安全精准又威力巨大,各国正在争相研发,它与常规炮弹靠化学剂的推动不同,电磁轨道炮利用的是一种新型的推进方式,它的原理是怎样的呢?这节课,我们就来揭秘“电磁轨道炮”.【活动二】感受小型“电磁轨道炮”,经历理性分析实验现象过程(1)介绍实验装置如图1,这也是一个小型的电磁轨道炮.它是由竖直向下的匀强磁场,金属轨道和炮弹(金属棒)组成.(2)实验演示将导体棒放在磁场中,接通电源,导体棒就通上电,同学们观察到:电磁轨道炮被发射出去了.(3)解释现象提问:通电导体棒为什么会被发射出去?说明什么?实验验证①撤去磁场,其它不变,发现金属棒不动.说明金属棒受到的力的施力物体确实是磁场;②切开电源,其它不变,发现金属棒不动.说明这个力是磁场对通电导线(电流)的力.(4)提出概念为了纪念法国物理学家安培在电磁学中做出的卓越贡献,我们把磁场对通电导线(电流)的力叫做安培力.(5)提出从刚才的实验中我们看到,安培力就是电磁炮发射的动力,为了有效的发射电磁轨道炮我们必须知道这个力的方向是怎样的,受哪些因素影响,下面我们通过实验来探究.新课教学:【活动三】实验探究安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系演示:按照右图所示进行实验:复习电流磁效应,为后面做铺垫以尖端科技(电磁轨道炮)引入新课,学生感觉很新奇,可以有效激发学生学习兴趣,将学生的注意力集中到课堂.通过演示实验,模拟电磁轨道炮的发射过程,学生获得感性认识,为本课题学习提供必要的感性材料.通过对问题的参与与自我尝试,培养独立思考的品质和探索精神(科学态度)(1)改变导线中电流的方向,观察受力方向是否改变?(2)上下交互磁场的位置以改变磁场的方向,观察受力方向是否变化?(3)提出猜测通过刚才的演示,你认为安培力的方向跟哪些因素有关系呢?接下来我们通过分组实验来探究安培力方向与磁场、电流方向之间有怎样的关系.有没有更简洁的方法表达这个关系呢?课堂练习:练习1、2、3练习4:两条靠近的平行导线在通电时会出现什么现象?(看视频)(引导学生先理论分析,得到同向电流相互吸引,反向电流相互排斥.)【活动四】理论探究安培力大小的表达式提出问题:根据左手定则,我们可以准确的设定电磁炮的发射方向了,我们还需要进一步研究怎样让电磁炮具有更强的杀伤力,这与它的动力系统有着密不可分的联系.制约安培力大小的因素有哪些呢?下面我们进一步探究.(1)回顾B的定义提问:磁感应强度是怎样定义的?追问2:对导线的放置有什么要求?追问3:如果导线平行磁场放置,安培力是多大?追问4:如果导线与磁场既不平行也不垂直,安培力是多大?(介于零和垂直放置之间)下面,请同学们推导安培力的表达式.(2)理论推导特殊情况问1:当通电导线垂直磁场放置时,安培力大小?当通电导线平行磁场放置时,安培力大小?(3)理论推导一般情况,如果磁场与电流成θ角时,安培力表达式怎样?请各小组先讨论,并给出结论?(学生思考后给出两种方法,一种是分解B,另一种分解L,得到相同的结果F=BILsinθ,并认识到垂直和平行是两种特殊情况.)【活动五】揭秘电磁轨道炮(1)设置情景电磁轨道炮原理如图所示,整个装置可以把质量为20 g弹体(包括金属杆的质量)发射出去.若轨道宽2m,金属杆上电流为10 A,磁感应强度为1 T,经过t=2 s的加速,问弹体获得速度是多大?思考讨论:如果要提高电磁炮的发射速度,你认为可以怎么办?学生讨论后得到三种方式:①增大电流、②增强磁场、③减轻质量.【活动六】规律应用,探究磁电式电表的工作原理(1)观察磁电式电表如图8,让学生观察磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件,了解它们之中哪些是固定的,哪些是可以动的.(2)看书93页磁电式电流表第1—3段,分组讨论(屏幕上显示如下问题)问1:线圈的转动是怎样产生的?问2:线圈为什么不能一直转动下去?问3:为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?问4:如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的强弱?问5:使用时要注意什么?(引导)前面我们学过右手螺旋定则,来表达电流方向和磁场的关系,这个方法很简洁的,我们能不能也类似的用手来表达这种关系呢?学生分组实验探究,经历规律发现过程,尝试用“左手”归纳判断安培力方向的方法,可以让学生最大程度的参与课堂;②借助小工具立体展现三个量的方向关系,体验空间关系构建方法.在定义磁感应强度时,学生经历了实验探究的过程,所以此处只进行理论探究,推导出安培力大小的表达式学生经历安培力方向的探究、安培力大小的探究、解决电磁轨道炮的问题,学生意识到看似神秘的电磁炮,其实它的原理并不深奥!先让学生观察磁电式电表的结构,再分组讨论、自学其工作原理,最后让。

2022-2023年高中物理竞赛 电磁学第三章课件

2022-2023年高中物理竞赛 电磁学第三章课件

若1= 2= ···= N ,则 i =-Nd/dt.
回路中相应的感应电流:
Ii
i
R
1 R
N
d
dt
.
从t1→ t2时间内,通过回路导线任一横截面的电量:
q
t2
t1
I
i
dt
2 1
N R
d dt dt
N R
1
2
磁通计原理 与d/dt无关 若已知N、R、q,便可知=?
若将1定标,则2为t2时回路的磁通量.
2
3. 楞次定律 判断感应电流方向的定律.
定律:闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所 激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化.




B
B
i
i
应用此定律时应注意:
B i
B i
1)磁场方向及分布; 2)M发生什么变化?
3)确定感应电流激发磁场的方向;
4)由右手定则从激发B方向来判断感应电流或i的方向.
共同因素:穿过导体回路的磁通量M发生变化.
i
d
dt
法拉第电磁感应定律
其中i为回路中的感应电动势
(i为回路中载流子提供能量B cos dS
d i dt
其中B, , S有一个量发生变化, 回路中就有i的存在.
2)“–”表示感应电动势的方向, i和都是标量,方向
只是n相 对回路的绕行n方向而言.如下n所示:
n
B
B
(
B,n)
i 90
(
B,n)
i
90
B (B
i ,n)
90
B
i
( B,n)
90

第3部分 电磁学基础

第3部分 电磁学基础

第三部分电磁学基础电学1教学目标:1、了解电荷,元电荷,三种起电方式及电荷守恒定律内容;2、掌握库仑定律公式并能够运用。

教学重点:运用库仑定律计算库仑力。

教学难点:电荷守恒和接触起电分配的理解。

一、自主学习:(一)电荷,元电荷,点电荷:(A级)1、自然界中只存在两种电荷:用_ _摩擦过的_ _带正电荷,用_ _摩擦过的_ _带负电荷。

同种电荷相互_ _,异种电荷相互_ _。

电荷的多少叫做_,用_ _表示,单位是_ ,简称,用符号表示。

2、元电荷e= C,所有物体的带电量都是元电荷的倍。

点电荷是,条件_ _ _ _ _(二)三种起电方式及电荷守恒定律:(A级)1、用_ _、_ _和_ _的方法都可以使物体带电。

无论那种方法都不能_ _电荷,也不能_ _电荷,只能使电荷在物体上或物体间发生_ _,即以上三种起电方式的本质都是_ __ __ _。

在此过程中,电荷总量_ _,这就是电荷守恒定律。

(三)库仑定律:(A级)1、内容:_ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ 。

2、公式:_ __ __ _ __ ,其中k=_ __ __ _二、例题分析:()1.关于电荷,下列说法正确的有A.毛皮和硬橡胶棒摩擦后,毛皮带负电荷B.电量为2.0×10-19C的电荷实际上是找不到的C.本身不带电的毛皮和硬橡胶棒摩擦后,各自都产生了相等的电荷量D.带等量异种电荷的两个导体接触后电荷会消失,这种现象叫电荷的湮没()2.绝缘细线上端固定,下端悬挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜,在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时a、b都不带电,如图所示。

现使b带电,则A. ab之间不发生相互作用B. b将吸引a,吸住后不放开C. b立即把a排斥开D. b先吸引a,接触后又把a排斥开()3.真空中有两个静止的点电荷,它们之间的作用力为F,若它们的带电量都增大为原来的2倍,距离减少为原来的1/2,它们之间的相互作用力变为A.12F B.FC.4F D.16F()4.两个放在绝缘架上的相同金属球,相距为d,球的半径比d小得多,分别带有电荷q和2q,相互斥力为F。

高中物理第三章第4节通电导体在磁场中受的力教案新人

高中物理第三章第4节通电导体在磁场中受的力教案新人

第三章磁场第4节通电导体在磁场中受到的力(一)【课前预备】【课型】新讲课【课时】2课时【教学三维目标】(一)知识与技术1.观察安培力方向与哪些因素有关的实验,记录实验现象并得出相关结论.2.明白安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直,会用左手定则判断安培力的方向.3.推到匀强磁场中安培力的表达式,计算匀强磁场中安培力的大小.(二)进程与方式通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算.(三)情感态度与价值观使学生学会由个别事物的个性来熟悉一般事物的共性的熟悉事物的一种重要的科学方式.【教学重点难点】重点:安培力的方向肯定和大小的计算.难点:左手定则的运用(尤其是当电流和磁场不垂直时,左手定则如何变通利用) .【教学方式】理论、探讨、讨论、分析【教学进程】【新课导入】【讲解】磁场对通电导线有力作用,安培在研究磁场对电流的作使劲做出了突出的奉献,为了纪念他,把通电导线在磁场中受到的力称为安培力.4通电导体在磁场中受到的力一、安培力的方向【演示】(1)上下调换磁铁两极的位置来改变磁场方向观察受力方向是不是改变.(2)改变导线中电流的方向观察受力方向是不是改变.【现象】导体又向相反的方向运动,导体向相反的方向运动.【结论】安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系;安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,也就是说,安培力的方向老是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.【问题】如何判断安培力的方向呢?【点拨】通过大量的实验研究,总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律——左手定则.左手定则:张开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,而且跟手掌在同一个平面内,把左手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使张开的四指指向电流方向,拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.【说明】左手定则是一个难点,涉及三个物理量的方向,涉及三维空间,侧视图展示.【说明】电流和磁场能够不垂直,但安培力必然和电流方向垂直,也和磁场方向垂直,用左手定则时,磁场不必然垂直穿过手心,只要不从手背穿过就行.【问题】若是电流和磁场不垂直,则将磁场进行分解,取垂直分量代入公式即可;从那个角度不难理解——若是电流和磁场平行,那么安培力是多少?【回答】为零【演示】平行通电直导线之间的彼此作用.如图所示,两条平行的通电直导线会通过磁场发生彼此作用,在什么情形下两条导线彼此吸引,什么情形下彼此排斥?【点拨】两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时,如图所示先肯定导线所在处的磁场方向,然后按照左手定则肯定通电导线的受力方向,它们彼其间的作使劲为引力,所以彼此吸引;由此方式可知平行直导线通入方向相反的电流时,它们之间的彼其间的作使劲为斥力,所以彼此排斥.二、安培力的大小【过渡】安培力大小与电流的大小有关、与通电导线在磁场中的长度有关、与导线在磁场中的放置方向有关.通电导线(电流为I 、导线长为L )和磁场(B )方向垂直时,通电导线所受的安培力的大小:BIL F =(最大) B----导线L 所处位置的磁场磁感应强度, I-----导线中通的电流强度, L----导线在磁场中的长度F----通有电流强度为I 且在磁场中的长度为L 的导线所受到的作使劲.【总结】当I ⊥B 时 F = ILB 和当I ∥B 时 F = 0【问题】通电导线与磁场方向夹θ角时呢?把磁感应强度B 分解为两个分量:一个分量与导线垂直 θsin B B =⊥另一分量与导线平行 θcos //B B =平行于导线的分量B ∥不对通电导线产生作使劲,通电导线所受作使劲仅由B ⊥决定.即F=B ⊥ IL ,将B ⊥ =Bsin θ 代入得:F=BILsin θθ表示磁场方向与电流方向间的夹角.【注意】矢量的正交分解表现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系,二是从特殊到一般的归纳的思维方式.虽然公式F =ILB 是从公式B =F/IL 变形而得的,但二者的物理意义却有不同.①公式B =F/IL 是按照放置于给定磁场中的给定点上的查验电流(电流元)受力情形,来肯定这一名置的磁场的性质,它对任何磁场中的任何点都是适用的.②公式F =ILB 则是在已知磁场性质的基础上,肯定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情形,在中学阶段,它只适用于匀强磁场.安培力与库仑力的区别:电荷在电场中某一点受到的库仑力是必然的,方向与该点的电场方向要么相同,要么相反.而电流在磁场中某处受到的磁场力,与电流在磁场中放置的方向有关,电流方向与磁场方向平行时,电流受的安培力最小,等于零;电流方向与磁场方向垂直时,电流受的安培力最大,等于BIL ,一般情形下的安培力大于零,小于BIL ,方向与磁场方向垂直.【课时小结】通过本节课的学习,咱们明白了通电导线在磁场中受到的力---安培力,张开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,而且跟手掌在同一个平面内,把左手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使张开的四指指向电流方向,拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向. 通电导线所受F=,通电导线与磁场方向夹θ角时安培力的大小:F=BILsinθ.的安培力的大小:BIL【布置作业】讲义P94,问题与练习1,2,3,4【板书设计】4通电导体在磁场中受到的力一、安培力的方向左手定则:张开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,而且跟手掌在同一个平面内,把左手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使张开的四指指向电流方向,拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.二、安培力的大小F=,通电导线与磁场方向夹θ角时安培力的大小:通电导线所受的安培力的大小:BILF=BILsinθ.。

《磁感应强度》教学设计

《磁感应强度》教学设计

人教版高中物理(选修3-1)第三章第2节《磁感应强度》教学设计太湖朴初中学张晓东一、教材分析磁感应强度是电磁学的基本概念之一,是本章的重点。

同时,磁场对磁极和电流的作用力(本质上是磁场对运动电荷的作用力)远比电场对电荷的作用力复杂,如何寻找描述磁场强弱和方向的物理量是本章教学的一个难点。

用小磁针N极受力方向定义磁感应强度的方向,用电流元受磁场力与电流元之比定义磁感应强度,符合学生的认知水平。

可以通过演示实验与电场强度的定义类比来突破难点,形成磁感应强度的概念。

二、教学目标(一)知识与技能1.理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。

2.能用磁感应强度的定义式进行有关计算。

(二)过程与方法通过观察、类比(与电场强度的定义的类比)使学生理解和掌握磁感应强度的概念,为学生形成物理概念奠定了坚实的基础。

(三)情感态度与价值观培养学生探究物理现象的兴趣,提高综合学习能力。

三、重点与难点:磁感应强度概念的建立是本节的重点(仍至本章的重点),也是本节的难点,通过与电场强度的定义的类比和演示实验来突破难点四、学习者特征分析1. 学生个性特点是对新事物具有好奇心理;2. 学生学习能力方面,有过较多的小组合作经验;3. 学生已经学过电场,知道知道电场的方向是如何规定的,电场的大小是如何定义的,为本节课的学习打下了基础。

五、教学环境和教学资源准备学校教室配有多媒体投影仪和音箱,教师备有笔记本电脑,有网络随时可搜索到各种图片、声音甚至视频。

本人平时收集了部分教学素材。

六、文本教材与信息技术整合点分析1.引入课题时,利用科幻电影《毁灭》片断,科学家在野外发现了一块磁性很强的埙石,学生带入一个有需要定性描述磁场强弱的物理情境中;2.题目的出示、解答过程示范等,美观标准、节省时间、提高效率。

七、教学方法和教学策略教师启发、引导,学生思考,讨论、交流学习成果。

八、教具:电磁铁、蹄形磁铁、导体棒、电源、导线、DIS演示实验材料等多媒体课件、实物投影仪。

广东省肇庆市高中物理第三章磁场复习教案2粤教版选修31

广东省肇庆市高中物理第三章磁场复习教案2粤教版选修31

磁场三维目强化对磁场知识的巩固标重点安培力和洛伦兹力复习难点课型□讲授□习题□复习□讨论□其它教学内容与教师活动设计因材施教7、三个速率不同的同种带电粒子,如图所示沿同一方向从图中长方形区域的匀强磁场上边缘射入,从下边缘飞出时,对入射方向的偏角分别为90°、60°、30°它们在磁场中运动时间比为。

8、一质量为m、电量为q的带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中作圆周运动,其效果相当于一环形电流,则此环形电流的电流强度I=____.9、匀强磁场中有一段长为0.2m的直导线,它与磁场方向垂直,当通过3A的电流时,受到60×10-2N的磁场力,则磁场的磁感强度是特;当导线长度缩短一半时,磁场的磁感强度是特;当通入的电流加倍时,磁场的磁感强度是特.10、如图12--10所示,X轴上方和下方各存在一个匀强磁场B1和B2,B1的方向垂直纸面向外,B2的方向垂直于纸面向里,且B1>B2,有一个质子(质量为m,电量为e)以垂直于x轴和磁场方向的速度v,从原点O射向磁场B1区域内,先后经过磁场B1和B2后偏转一次,则质子由B2区域进入B1区域时穿过x轴的坐标是多少?教学内容与教师活动设计因材施教11、图12-11中,一个不计重力、带电量为q、质量为m的负的带电粒子,垂直飞入一宽度为d、磁感强度为B的匀强磁场,要使粒子能穿过该磁场区域,问(1)粒子的速度至少应多大?(2)相应地粒子在磁场中所经历的时间至多为多长?12、如图所示,半径为r的圆形区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。

现有一带电离子(不计重力)从A以速度v沿圆形区域的直径射入磁场,已知离子从C点射出磁场的方向间的夹角为60º(1)该离子带何种电荷;(2)求该离子的电荷量与质量之比q/m教学后记: m vqBd。

选修3—1第三章-磁场教学案3(学生).

选修3—1第三章-磁场教学案3(学生).

B、硬币可能是铝做的,因为磁体能吸引铝
C、磁体的磁性越强,能吸引的物质种类越多
D、硬币中含有磁性材料,磁化后能被吸引
4.下列关于磁场的说法中 ,正确的是( A 、磁场跟电场一样,是人为假设的 C、指南针指南说明地球周围有磁场
) B 、磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场 D 、磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都是通过磁场发生的
3.安培分子电流假说:铁能够被磁化的原因是什么?磁铁天生具有磁性的原因是什么?为什么高温或猛烈撞击可能会使得 磁体失去磁性?磁铁的磁场本质是什么?
4.匀强磁场:如何用磁感线表示匀强磁场?如何表示垂直纸面向里和垂直纸面向外两个方向?
5.磁通量:磁通量是用来说明什么的?如何计算?单位是什么?是标量还是矢量?其正负用来说明什么?
二、过关训练
重要题型一:磁感线的理解与应用 方法要点:疏密表大小、切向表方向、磁感线是闭合的、
N 极所指方向表磁场方向
1.如图为某磁场中的磁感线.则(

A . a、 b 两处磁感应强度大小不等, Ba>Bb
C.同一小段通电导线放在 a 处时受力比 b 处时大
B . a、b 两处磁感应强度大小不等, Ba<Bb D .同一小段通电导线放在 a 处时受力可能比 b 处时小
选修 3—1 第三章磁场
第一节 磁现象和磁场 一、自学提纲: 本节重点讲述磁现象、电流的磁效应、磁场、地磁场。
1.磁现象:什么叫磁性?什么叫磁极?
2.电流的磁效应:谁发现了电流的磁效应?什么叫电流的磁效应?
3.磁场:哪些物体能够产生磁场?为什么?
4.地磁场:地磁场的南北极与地球的南北极是什么关系?什么是磁偏角?太阳、月球有磁场吗?
4.磁感应强度的大小:如何定义磁感应强度的大小?用什么符号表示?单位是什么?

高中物理 第三章 磁场 第5讲 习题课:安培力的综合应用学案 新人教版选修31

高中物理 第三章 磁场 第5讲 习题课:安培力的综合应用学案 新人教版选修31

习题课:安培力的综合应用[目标定位] 1.会判断安培力作用下物体的运动方向.2.会分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡问题.3.会求安培力作用下导体棒的瞬时加速度.一、安培力作用下物体运动方向的判断方法1.电流元法即把整段通电导体等效为多段直线电流元,运用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断出整段通电导体所受合力的方向.2.特殊位置法把通电导体或磁铁放置到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向,从而确定运动方向.3.等效法环形导线和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可等效成环形导线或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形导线来分析.4.利用结论法(1)两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;(2)两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.5.转换研究对象法因为电流之间,电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律.定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时,可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力,然后由牛顿第三定律,再确定磁体所受电流的作用力.例1 如图1所示,两条导线相互垂直,但相隔一段距离.其中AB固定,CD能自由活动,当电流按图示方向通入两条导线时,导线CD将(从纸外向纸里看)( )图1A.顺时针方向转动同时靠近导线ABB.逆时针方向转动同时离开导线ABC.顺时针方向转动同时离开导线ABD.逆时针方向转动同时靠近导线AB解析(1)根据电流元分析法,把导线CD等效成CO、OD两段导线.由安培定则画出CO、OD 所在位置由AB导线中电流所产生的磁场方向,由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示,可见导线CD逆时针转动.(2)由特殊位置分析法,让CD逆时针转动90°,如图乙所示,并画出CD此时位置AB导线中电流所产生的磁感线分布,据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里,可见导线CD靠近导线AB,故D选项正确.答案 D不管是通电导体还是磁体,对另一通电导体的作用都是通过磁场来实现的.因此必须先画出导体所在位置的磁感线方向,然后用左手定则判断导体所受安培力的方向进而再判断将要发生的运动.例2 (多选)如图2甲所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒.从t=0时刻起,棒上有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为I m,图甲中I所示方向为电流正方向.则金属棒( )图2A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功解析由F=IlB可知,安培力随时间的变化关系与电流随时间变化关系相同.所以金属棒先向右匀加速运动,再向右做匀减速运动,然后重复运动,故选项A、B、C均正确;安培力先做正功,后做负功,在一个周期内不做功,故选项D错误.答案ABC二、安培力作用下的导体的平衡1.解题步骤 (1)明确研究对象;(2)先把立体图改画成平面图,并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上; (3)正确受力分析(包括安培力),然后根据平衡条件:F 合=0列方程求解. 2.分析求解安培力时需要注意的问题(1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向; (2)安培力大小与导体放置的角度有关,但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况,其中L 为导体垂直于磁场方向的长度,为有效长度.例3 如图3所示,质量m =0.1kg 、电阻R =9Ω的导体棒静止于倾角为30°的斜面上,导体棒长度L =0.5m .导轨接入电动势E =20V ,内阻r =1Ω的电源,整个装置处于磁感应强度B =0.5T ,方向竖直向上的匀强磁场中.求:(取g =10m/s 2)图3(1)导体棒所受安培力的大小和方向; (2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向. 解析 (1)导体棒中的电流I =ER +r =209+1A =2A ,安培力F 安=ILB =2×0.5×0.5N =0.5N ,由左手定则可知安培力的方向水平向右.(2)建立如图所示的坐标系,分解重力和安培力.在x 轴方向上,设导体棒所受的静摩擦力大小为F f ,方向沿斜面向下.在x 轴方向上有:mg sin θ+F f =F 安cos θ,解得F f =-0.067N.负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反,即沿斜面向上. 答案 (1)0.5N 水平向右 (2)0.067N 沿斜面向上解决安培力作用下的受力平衡问题,受力分析是关键,解题时应先画出受力分析图,必要时要把立体图转换成平面图.三、安培力和牛顿第二定律的结合解决安培力作用下的力学综合问题,做好全面受力分析是前提,其中重要的是不要漏掉安培力,其次要根据题设条件明确运动状态,再根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解.例4 如图4所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E 、内阻为r 的直流电源.电路中有一阻值为R 的电阻,其余电阻不计,将质量为m 、长度为L 的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小.图4解析 受力分析如图所示,导体棒受重力mg 、支持力F N 和安培力F ,由牛顿第二定律:mg sin θ-F cos θ=ma ① F =BIL ② I =E R +r③ 由①②③式可得a =g sin θ-BEL cos θm (R +r ).答案 g sin θ-BEL cos θm (R +r )1.(安培力作用下导体的运动)两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动,设大小不同的电流按如图5所示的方向通入两铝环,则两环的运动情况是( )图5A.都绕圆柱体转动B.彼此相向运动,且具有大小相等的加速度C.彼此相向运动,电流大的加速度大D.彼此背向运动,电流大的加速度大答案 B解析同向环形电流间相互吸引,虽然两电流大小不等,但根据牛顿第三定律知两线圈间的相互作用力必大小相等,选项B正确.2.(安培力作用下导体的运动)一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图6所示,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流,则导线ab受到安培力的作用后的运动情况为( )图6A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管答案 D解析先由安培定则判断通电螺线管的南、北两极,找出导线左、右两端磁感应强度的方向,并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向,如图(a)所示.可以判断导线受到磁场力作用后从上向下看按逆时针方向转动,再分析此时导线位置的磁场方向,再次用左手定则判断导线所受磁场力的方向,如图(b)所示,导线还要靠近螺线管,所以D正确,A、B、C错误.(a) (b)3.(安培力作用下导体的平衡)如图7所示,一根长L =0.2m 的金属棒放在倾角θ=37°的光滑斜面上,并通过I =5A 的电流,方向如图所示,整个装置放在磁感应强度B =0.6T ,竖直向上的匀强磁场中,金属棒恰能静止在斜面上,则该棒的重力为多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)图7答案 0.8N解析 从侧面对棒受力分析如图,安培力的方向由左手定则判断出为水平向右,F =ILB =5×0.2×0.6N =0.6N.由平衡条件得mg =Ftan37°=0.8N.4.(安培力和牛顿第二定律的结合)澳大利亚国立大学制成了能把2.2g 的弹体(包括金属杆EF 的质量)加速到10km/s 的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s).如图8所示,若轨道宽为2m ,长为100m ,通过的电流为10A ,试求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度.(轨道摩擦不计)图8答案 55T解析 根据2ax =v 2t -v 2得炮弹的加速度大小为a =v 2t 2x =(10×103)22×100m/s 2=5×105 m/s 2.根据牛顿第二定律F =ma 得炮弹所受的安培力F =ma =2.2×10-3×5×105N =1.1×103N.根据安培力公式F =ILB ,得B =F IL =1.1×10310×2T =55T.题组一安培力作用下导体的运动1.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触,并使它组成如图1所示的电路图.当开关S接通后,将看到的现象是( )图1A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动答案 C解析因为通电后,线圈中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,线圈就缩短,电路就断开了,一断开没电流了,线圈就又掉下来接通电路……如此通断通断,就上下跳动.2.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内,L1是固定的,L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心),各自的电流方向如图2所示.下列哪种情况将会发生( )图2A.因L2不受安培力的作用,故L2不动B.因L2上、下两部分所受的安培力平衡,故L2不动C.L2绕轴O按顺时针方向转动D.L2绕轴O按逆时针方向转动答案 D解析由右手螺旋定则可知导线L1上方的磁场方向为垂直纸面向外,且离导线L1的距离越远的地方,磁场越弱,导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右,由于O点的下方磁场较强,则安培力较大,因此L2绕轴O按逆时针方向转动,D选项正确.3.固定导线c垂直纸面,可动导线ab通以如图3方向的电流,用测力计悬挂在导线c的上方,导线c中通电时,以下判断正确的是( )图3A.导线a端转向纸外,同时测力计读数减小B.导线a端转向纸外,同时测力计读数增大C.导线b端转向纸里,同时测力计读数减小D.导线b端转向纸里,同时测力计读数增大答案 B解析电流c产生的磁场在右边平行纸面斜向左,在左边平行纸面斜向下,在ab左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向外,右边的电流元所受安培力方向向内,知ab导线逆时针方向(从上向下看)转动.当ab导线转过90°后,两电流为同向电流,相互吸引.导致弹簧测力计的读数变大.故B正确,A、C、D错误.4.一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,当两线圈通以如图4所示的电流时,从左向右看,则线圈L1将( )图4A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸面内平动答案 B解析法一利用结论法.环形电流I1、I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得L1的转动方向应是:从左向右看线圈L1顺时针转动.法二等效分析法.把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,通电后,小磁针的N极应指向环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上,而L1等效成小磁针后转动前,N极应指向纸里,因此应由向纸里转为向上,所以从左向右看,线圈L1顺时针转动.法三直线电流元法.把线圈L1沿转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上,据左手定则可得,上部电流元所受安培力均指向纸外,下部电流元所受安培力均指向纸里,因此从左向右看线圈L1顺时针转动.故正确答案为B.题组二通电导线在磁场中的平衡5.(多选)如图5所示条形磁铁放在水平面上,在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线,当直导线中通以图示方向的电流时,磁铁仍保持静止.下列结论正确的是( )图5A.磁铁对水平面的压力减小B.磁铁对水平面的压力增大C.磁铁对水平面施加向左的静摩擦力D.磁铁所受的合外力增加答案BC6.(多选)质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,导体棒ab 与导轨间的动摩擦因数为μ.有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图6所示.图中的四个侧视图中,标出了四种可能的匀强磁场方向,其中导体棒ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )图6答案AB解析选项A中,当mg sinθ=BIL cosθ时,通电导体棒受到重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态,如图甲所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力为零.当安培力变大或变小时,导体棒有上滑或下滑的趋势,于是有静摩擦力产生.选项B中,当mg=BIL时,通电导体棒受到重力、安培力作用处于静止状态,如图乙所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力为零.当安培力减小时,细杆受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力,也可能处于静止状态.选项C 和D 中,通电导体棒受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势,故一定受到沿导轨向上的静摩擦力,如图丙、丁所示,所以导体棒与导轨间的摩擦力一定不为零.7.如图7所示,金属棒MN 两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M 向N 的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( )图7A .棒中的电流变大,θ角变大B .两悬线等长变短,θ角变小C .金属棒质量变大,θ角变大D .磁感应强度变大,θ角变小 答案 A8.如图8所示,通电直导线ab 质量为m ,长为L ,水平地放置在倾角为θ的光滑斜面上,通以图示方向的电流,电流强度为I ,要求导线ab 静止在斜面上,且要求磁感应强度最小,则该匀强磁场的磁感应强度大小和方向分别是( )图8A.mg sin θIL ,垂直斜面向上 B.mg sin θIL ,垂直斜面向下 C.mg cos θIL,垂直斜面向上 D.mg cos θIL,垂直斜面向下答案 A解析 当安培力方向沿斜面向上时,磁感应强度最小,有:mg sin θ=ILB min ;得:B min =mg sin θIL方向垂直斜面向上,则A 正确.9.如图9所示,挂在天平底部的矩形线圈abcd 的一部分悬在匀强磁场中,当给矩形线圈通入如图所示的电流I 时,调节两盘中的砝码,使天平平衡.然后使电流I 反向,这时要在天平的左盘上加质量为2×10-2kg 的砝码,才能使天平重新平衡.求磁场对bc 边作用力的大小.若已知矩形线圈共10匝,通入的电流I =0.1A ,bc 边长度为10cm ,求该磁场的磁感应强度.(g 取10m/s 2)图9答案 0.1N 1T解析 根据F =ILB 可知,电流反向前后,磁场对bc 边的作用力大小相等,设为F ,但由左手定则可知它们的方向是相反的.电流反向前,磁场对bc 边的作用力向上,电流反向后,磁场对bc 边的作用力向下.因而有2F =2×10-2×10N =0.2N ,所以F =0.1N ,即磁场对bc 边的作用力大小是0.1N .因为磁场对矩形线圈的作用力F =NBIL ,故B =F NIL =0.110×0.1×0.1T =1T.10.如图10所示,两平行金属导轨间的距离L =0.4m ,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B =0.5T 、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E =4.5V 、内阻r =0.5Ω的直流电源.现把一个质量m =0.04kg 的导体棒ab 放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R 0=2.5Ω,金属导轨电阻不计,g 取10m/s 2.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:图10(1)通过导体棒的电流; (2)导体棒受到的安培力大小; (3)导体棒受到的摩擦力大小. 答案 (1)1.5A (2)0.3N (3)0.06N 解析 (1)根据闭合电路欧姆定律I =ER 0+r=1.5A.(2)导体棒受到的安培力F 安=BIL =0.3N.(3)导体棒受力如图,将重力正交分解F 1=mg sin37°=0.24N ,F 1<F 安,根据平衡条件知,mg sin37°+F f =F 安,解得F f =0.06N.11.如图11所示,一长为10 cm 的金属棒ab 用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为0.1 T ,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12 V 的电池相连,电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm ;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm ,重力加速度大小取10 m/s 2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.图11答案 方向竖直向下 0.01 kg 解析 金属棒通电后,闭合回路电流I =E R =122A =6 A 导体棒受到的安培力大小为F =BIL =0.06 N.开关闭合后,电流方向为从b 到a ,由左手定则可判断知金属棒受到的安培力方向竖直向下 由平衡条件知:开关闭合前:2kx =mg 开关闭合后:2k (x +Δx )=mg +F代入数值解得m =0.01 kg题组三 安培力与牛顿运动定律的综合应用12.如图12所示,在同一水平面的两导轨相互平行,并处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为0.2T ,一根质量为0.6kg ,有效长度为2m 的金属棒放在导轨上,当金属棒中的电流为5A 时,金属棒做匀速直线运动;当金属棒中的电流突然增大为8A 时,求金属棒能获得的加速度的大小.图12答案 2m/s 2解析 当金属棒中的电流为5A 时,金属棒做匀速运动,有BI 1L =F f ① 当金属棒中的电流为8A 时,金属棒能获得的加速度为a ,则BI 2L -F f =ma ②联立①②解得a =BL (I 2-I 1)m=2m/s 2。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

物理与电子工程学院
注:教案按授课章数填写,每一章均应填写一份。

重复班授课可不另填写教案。

教学内容须另加附页。

总结:
1、E P 0
(1)极化率 各点相同,为均匀介质
(2)
i
p P
各点相同,为均匀极化
2、极化电荷体密度
S
S
S
d P S d P q d S d P q
(1)对均匀极化的介质:0 q
(2)特例:仅对均匀介质,不要求均匀极化,只要该点自由电荷体密度0000q ,则:, (第5节小字部分给出证明)
3、极化电荷面密度 n
P P ˆ12
2P 、1P
分别为媒质2、1的极化强度,n
ˆ为界面上从2→1的法向单位矢。

当电介质置于真空(空气中)或金属中:
n P n P ˆ n P
:电介质内的极化强度 n ˆ:从电介质指向真空或
金属的法向单位矢。

例(补充):求一均匀极化的电介质球表面上极化电荷的分布,以及极
化电荷在球心处产生的电场强度,已知极化强度为P。

-
-z
解:(1)求极化电荷的分布,取球心O 为原点,极轴与P
平行的球极
坐标,选球表面任一点A (这里认为置于真空中),则:
学习资料
A n
P ˆ
由于均匀极化,P 处处相同,而极化电荷 的分布情况由A n
ˆ与P
的夹角而定,即 是θ的函数(任一点的n
ˆ都是球面的径向r ˆ) A A A P n P cos ˆ
任一点有:
cos P
所以极化电荷分布:
140230030
22P
右半球在、象限,左半球在、象限,左右两极处,,最大上下两极处,,最小 (2)求极化电荷在球心处产生的场强
由以上分析知 以z 为轴对称地分布在球表面上,因此 在球心处产
生的E
只有z 轴的分量,且方向为z 轴负方向。

在球表面上任意选取一面元S d
,面元所带电荷量dS q d
,其在球心O 处产生场强为:
R R dS E d ˆ42
其z 分量为: cos 4cos 2
0R
dS
E d E d z (方向为z 轴负方向) 全部极化电荷在O 处所产生的场强为:
2
0222
0cos 4cos sin cos 4z S
dS
E dE R
P R d d R

220
00
cos sin 1
2cos cos 423P d d P d P
E
的方向为z 轴负方向,大小为0
3 P 。

例1:书P103例题1
半径为R ,电荷量为0q 的金属球埋在绝对介电常量为 的均匀无限大
电介质中,求电介质内的场强E
及电介质与金属交界面上的极化电荷面密
度。

ε
解:(1)由于电场具有球对称性,故在介质中过P 点作一个半径为r
与金属球同心的球面S 为高斯面,S 上各点的D
大小相等且沿径向,由高
斯定理得:
0S
D ds q v v Ò
2
04r D q 00
22ˆ44q q D D r r r
v
因 E D
,得:
0020
ˆ0ˆ4ˆ0q E r
q E r r q E r v
v v ,与同向,背离球心,与反向,指向球心
(2)在交界面上取一点B ,过B 点作界面的法线单位矢n
ˆ(由介质指向金属),则:
0ˆˆB B P n
E n v v
而0
2
ˆ4B q E r R
v 00
2
4q R
又 0
001
故 00000
022
44q q R R
讨论:(1)0
,故交界面上 与0q (0 )始终反号:0q 为正,
则 为负;0q 为负,则 为正。

(2)交界面上的极化电荷总量为:
2
04q R q
即 0q q : 极化电荷绝对值小于自由电荷绝对值。

(3)交界面上的总电荷量为:0
0r q q q q
这说明总电荷减小到自由电荷的r 1
倍。

(4)把介质换为真空,则场强为
02
0ˆ4q r
r
,此式与前面有介质时的结果比较知:充满均匀介质时场强减小到无介质时的
r 1
倍:
2
2
041
4r q r q r
例2(补充):类似于P104例题2
平行板电容器两极板面积S ,极板上自由电荷面密度 ,两极板间充满电介质1 、2 ,厚度分别为d 1、d 2,①求各电介质内的电位移和场强;②电容器的电容。

解:(1)如图,由对称性知介质中的E 及D 都与板面垂直。

在两介质分界面处作高斯面S 1,S 1内自由电荷为零,故有
1
11210S D ds D S D S
v v
Ò
得 D 1=D 2
为求电介质中D 和E
的大小,作另一高斯面S 2,对S 2有:
2
1221S D ds D S S D
v v
Ò

2212111E D D E D ,
11012202r r E E
(2)正负两极板A 、B 间的电势差为:
221
122112211 d d S q d d d E d E V V B A
∴ 2
211 d d S
V V q C B A
(此电容值与电介质的放置次序无关)
也可理解为两电容的串联:C d C d C
2
221
11S
S
, =结果
例1:书上P112例题
在均匀无限大电介质中有一个金属球,已知电介质的绝对介电常量为
,金属球的半径和自由电荷分别为R 及q 0,求整个电场的能量。

ε
解:(1)电场的分布:前例已求出,介质中的电位移为:
0202
ˆ4ˆ4q D r r q E r r
v
v
而金属内部:00 E D
(2)场能体密度:2
E
D
=
202432q r 整个电场的能量为:
2
2024
sin 32q W dV r drd d r
(=
2
2024
432R
q r dr r

=
2
2200221
sin 328R
o o q q dr d d r R
例2(补充):平行板空气电容器,极板面积S ,间距d ,用电源充电后,
两极板上带电分别为±Q 。

断开电源后,再把两极板的距离拉开到2d 。

求(1)外力克服两极板相互吸引力所作的功;(2)两极板之间的相互吸引力(空气的介电常量取为0 )
解法1:由静电能求解
(1)两极板的间距为d 和2d 时,平行板电容器的电容分别为:
10
202S
S
C C d d
极板间带电±Q 时所储存的电能分别为:
22212100122Q Q d Q d W W C S S
拉开极板后,电容器中电场能量的增量为:
22102Q d
W W W S
由于电容器两极板间有相互吸引力,要使两极板间的距离拉开,外力必须作正功,而外力所作的功应等于两极板间电场能量的增量,即:
2012Q d
A W S

(2)设两极板间的相互吸引力为F ,拉开两极板时,所加外力应等于F ,外力所作的功: A F d F F 外外,而
∴ 2
02A Q F F d S

解法2:由电场的能量求解
两极板的间距为d 和2d 时,极板间电场大小为:
1200Q E E S
极板间场能体密度:
2
2
01122022E Q S
两极板间的电场为均匀电场,能量的分布也是均匀的,所以极板间整个电场的能量为:
2111102Q d
W V Sd S
22202Q d
W S d S
后面的计算与前面解法1相同。

例3(补充):
计算一个球形电容器电场中所储存的能量。

解:在半径为r 的球面上(R A ≤ r ≤R B )电场强度是等值的(方向沿
球半径方向),取体积元(在电场区域)dr r dV 2
4 ,其中的电场能量为:
dr r E dV E dV dW 22222
1
全部电场中所储有的能量为:
B A
R R R R R R Q dr r r Q dr r E dW W B
A
B
A
118422222
22
2 =C Q R R R R Q A
B B A 2
22142
1。

相关文档
最新文档