1.1 磁场对通电导线的作用力（导学案）-2022-2023学年高二物理同步备课精编优选课件+导学案（人教版2019选择性必修第二册）

第1节　磁场对通电导线的作用力 【知识梳理】 一、安培力的方向 1．影响安培力方向的因素：(1)磁场方向；(2)电流方向。 (3)安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：安培力F垂直于磁感应强度B与电流I决定的平面。 2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向。 二、安培力的大小 1．表达式：当磁感应强度B和电流I垂直时，F＝BIl。 2．一般表达式：当磁感应强度B的方向与电流I的方向成θ角时，F＝BIlsinθ。 三、磁电式电流表 1．原理：安培力与电流的关系。 2．基本构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、铁质圆柱等。 3．构造特点：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，使线圈平面与磁场方向平行，使表盘刻度均匀。 【方法突破】 一、安培力的方向、大小 ■方法归纳 1．安培力的方向： 左手定则应用的两个要点： (1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。 (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向。 2．安培力的大小： (1)公式F＝BIl sin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响。 (2)公式F＝BIl sin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l，等于两端点连线的长度(如图所示)；相应的电流沿两端点的连线由始端流向末端。 (3)公式F＝BIl sin θ中θ是B和I方向的夹角，当θ＝90°时sin θ＝1，公式变为F＝BIl。当θ＝0°或180°即两者平行时，不受安培力。 【例1】如图所示，条形磁铁放在光滑的斜面上（斜面固定不动），用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，当导线中有电流时，与没有电流时相比，下列说法正确的是（　　） A．当A中电流方向向内时，磁铁对斜面的压力减小 B．当A中电流方向向内时，磁铁对斜面的压力增大 C．当A中电流方向向内时，弹簧有伸长的趋势 D．当A中电流方向向外时，弹簧有缩短的趋势 【针对训练1】如图所示、一段导线位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里。线段、、的长度均为L，且。经过导线的电流为I、方向如图中箭头所示，则导线段所受到的磁场作用力的合力为（　　） A．方向沿纸面向上，大小为 B．方向沿纸面向上，大小为 C．方向沿纸面向下，大小为 D．方向沿纸面向下，大小为 二、安培力的综合分析 ■方法归纳 求解安培力作用下导体的运动问题的基本思路： 【例2】如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态，要使金属杆能沿导轨向下运动，可以采取的措施是（　　） A．增大磁感应强度B B．调节滑动变阻器滑片向下滑动 C．将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变 D．减小导轨平面与水平面间的夹角θ（磁场方向仍垂直导轨平面向上） 【针对训练2】如图，水平面上有电阻不计的U型导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E、内阻为r的电源。导轨所在空间存在范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面的夹角为且指向右上方。现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，金属棒ab恰好静止。已知金属棒ab与导轨接触面间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，则（　　） A．金属棒ab受到的安培力大小为 B．金属棒ab受到的安培力大小为 C．金属棒ab受到的摩擦力大小为 D．金属棒ab受到的摩擦力大小为 【巩固提升】 1．如图所示的天平可用来测定磁感应强度B。天平的右臂下面挂有一个匝数为n、宽为l的矩形线圈，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量各为，的砝码，天平平衡，当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡。由此可知（　　） A．的方向垂直纸面向里，大小为 B．的方向垂直纸面向里，大小为 C．的方向垂直纸面向外，大小为 D．线圈匝数越少测量得越精确 2．如图所示，间距为100cm的两平行固定金属导轨上端接有电动势为6V、内阻为1的直流电源，导轨与水平面的夹角为30°，空间存在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为0.8T的匀强磁场。现把一个质量为60g