高中物理 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 第1节 探究磁场对电流的作用课堂互动教案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理教案.doc

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=ILBsinθ）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＝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2RFb＝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通电线圈安培力为零Fc＝0.答案：Fa=IBLFb＝2BIRFc＝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.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.为避免这种错误同学们应该把电场力和安培力进行比较搞清力的方向与场的方向关系.2.判断通电