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6-1-3
②L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2R，Fb＝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=IBL，Fb＝2BIR，Fc＝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＝0 ①
FN-mgcosθ＝0 ②
Ff1=μFN ③
F1＝BImaxd ④
联立①②③④式解得Imax＝0.46A
在图b中，由平衡条件得：
F2+Ff2-mgsinθ=0 ⑤
FN-mgcosθ＝0 ⑥
Ff2＝μFN ⑦
F2=BImind ⑧
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）