第6章 第1节 探究磁场对电流的作用-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第1节　探究磁场对电流的作用 [学习目标]　1.通过实验探究知道安培力及安培力大小的决定因素，会用公式F＝IlB计算安培力。(科学探究)2.会用左手定则判定安培力的方向。(科学思维)3.知道电动机和电流计是安培力的具体应用。(科学态度与责任) 一、安培力 1．安培力 磁场对电流的作用力。 2．科学探究：安培力与哪些因素有关 (1)实验探究采用的方法：控制变量法。 (2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是： ①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力增大； ②当其他因素不变，电流增大时，安培力增大； ③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力增大； ④安培力的方向由磁场的方向和电流的方向共同决定。 3．安培力的大小和方向 (1)大小：F＝IlB。 (2)公式的适用条件 ①通电导线与磁场方向垂直。 ②匀强磁场或非匀强磁场中很短的导体。 (3)方向判断：左手定则。如图所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向。 二、安培力就在你身边 1．电流表、电动机等都是安培力的应用。 2．电流计工作原理 (1)构造：如图所示，圆柱形铁芯固定于蹄形磁铁两极间，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝。 (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩。当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一刻度。电流越大，安培力就越大，指针偏角就越大。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)通电导体在磁场中所受安培力为零，该处磁感应强度一定为零。 (×) [提示]　当电流方向与磁场方向平行时，安培力为零。 (2)磁感应强度的方向与安培力的方向垂直。 (√) (3)通电导体在磁场中所受安培力F一定等于IlB。 (×) [提示]　只有当电流方向与磁场方向垂直时安培力F＝IlB。 (4)左手定则可以判断安培力的方向，其四指为导线中电流的方向。 (√) (5)用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的四条边都受到安培力的作用。 (×) [提示]　与磁场平行的两条边不受力。 2．如图所示，通电导线均置于匀强磁场中，其中导线受到的安培力方向向右的是(　　) A　　　　　　　B C　　　　　　　D B　[根据左手定则，选项A中导线受到的安培力方向向左，选项B中导线受到的安培力方向向右，选项C中导线与磁场方向平行，不受安培力，选项D中导线受到的安培力方向垂直纸面向里，故A、C、D错误，B正确。] 3．关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受安培力F的关系，下面的说法中正确的是(　　) A．在B＝0的地方，F一定等于零 B．在F＝0的地方，B一定等于零 C．若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，则F一定等于1 N D．若L＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，则B一定等于1 T A　[应用公式B＝或F＝ILB时要注意导线必须垂直于磁场方向放置。故B、C、D选项错误，选项A正确。] 安培力的大小和方向 1.安培力的方向 不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，即总有F⊥I和F⊥B。 (1)已知I、B的方向，可用左手定则唯一确定F的方向。 (2)已知F、B的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。 (3)已知F、I的方向，B的方向不能唯一确定。 2．安培力公式F＝IlB sin θ (1)当B与I垂直时，sin θ＝1，则F＝IlB，即安培力最大。 (2)当B与I平行时，F＝0，安培力最小。 (3)当B与I成θ角时，F＝IlB sin θ。 (4)此公式中的l指的是“有效长度”。 弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点直线的长度。如图所示，相应的电流沿l由始端流向末端。 【例1】　如图所示，放在磁感应强度为B＝1.0 T的匀强磁场中的导体abc中通有方向由a→b→c、大小为I＝2.0 A的电流，ab＝0.3 m，bc＝0.4 m。则该导体受到的安培力大小为________，方向为________。 思路点拨：解答本题有两种思路：①先分别求出直导体ab、bc所受的安培力，再求两个力的合力。②先求出导体abc在磁场中的有效长度，再求安培力的大小。 [解析]　方法一：导体ab所 受的安培力为Fab＝BI·ab＝0.6 N，方向垂直于ab向右，导体bc所受的安培力为Fbc＝BI·bc＝0.8 N，方向垂直于bc向上，如图所示。合力为F＝＝1 N，方向垂直于ac连线斜向右上方。 方法二：导体abc在磁场中的有效长度为l＝＝0.5 m，则导体受到的安培力为F＝BIl＝1 N，方向垂直于ac连线斜向右上方。 [答案]　1