2022年人教版高中物理選修3-1 第3章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力（教案）

2022年人教版高中物理選修3-1 第3章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力（教案）【知識與技能】1、掌握判斷安培力方向和安培力的計(jì)算方法。2、能夠結(jié)合力學(xué)知識解決磁場中的綜合問題?！具^程與方法】1、通過演示、分析、歸納使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力【情感態(tài)度與價(jià)值觀】1、體會利用左右手判斷方向的簡便性在普遍現(xiàn)象中尋找規(guī)律?！窘虒W(xué)過程】重難點(diǎn)一、安培力的方向1安培力通電導(dǎo)線在磁場中受到的力稱為安培力2決定安培力方向的因素磁場方向和電流方向3左手定則如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向安培定則與左手定則的區(qū)別安培定則(右手螺旋定則)左手定則應(yīng)用判斷電流的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向內(nèi)容具體情況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場中條件大拇指指向電流的方向四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向磁感線穿過手掌心，四指指向電流方向結(jié)果四指彎曲方向表示磁感線的方向大拇指指向軸線上的磁感線方向大拇指指向電流受到的磁場力的方向4 安培力方向的判斷1安培力的方向不僅跟磁場方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場方向與電流方向所構(gòu)成的平面。在判斷安培力方向時(shí)，應(yīng)首先判定這個(gè)平面，然后再應(yīng)用左手定則。2當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心。3注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與磁場、電場的方向的關(guān)系，安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行?！咎貏e提醒】(1)安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，但磁場方向和電流方向不一定垂直(2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向唯一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一(3)判斷電流的磁場方向用安培定則，確定通電導(dǎo)體在磁場中的受力方向用左手定則5通電平行直線電流間的作用情況(1)兩平行電流間同向電流相互吸引，異向電流相互排斥(2)兩非平行直線電流有轉(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢6安培力方向與電場力方向的比較電場力安培力研究對象點(diǎn)電荷電流元受力特點(diǎn)正電荷受力方向，與電場方向相同，沿電場線切線方向，與負(fù)電荷受力方向相反安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直判斷方法結(jié)合電場方向和電荷的正、負(fù)判斷用左手定則判斷7.分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的幾種常用方法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立。等效后再確定相互作用情況結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向?！镜湫屠}】某同學(xué)畫的表示磁場B、電流I和安培力F的相互關(guān)系如圖所示，其中正確的是（ ）F【答案】D重難點(diǎn)二、安培力的大小安培力的大小1當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大：FBIL.2當(dāng)B與I成角時(shí)，安培力的大小FILBsin，是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角3當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力為零【特別提醒】導(dǎo)線L所處的磁場應(yīng)為勻強(qiáng)磁場安培力表達(dá)式FILB(或FILBsin)一般適用于勻強(qiáng)磁場，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導(dǎo)線所受的磁場力，然后再求合力4磁場中通電導(dǎo)線的等效長度(1)公式FIBL中的L對彎曲長度來說指的是“等效長度”彎曲通電導(dǎo)線的有效長度L等于連接曲線兩端點(diǎn)直線的長度，相應(yīng)的電流沿L的始端流向末端，如圖甲所示(2)任意閉合通電導(dǎo)線的有效長度為零，所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零，如圖乙所示【典型例題】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角=37º，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E=4.5V、內(nèi)阻r=0.50的直流電源?，F(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.040kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0=2.5，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2。已知sin37º=0.60，cos37º=0.80，求：abErB（1）通過導(dǎo)體棒的電流；（2）導(dǎo)體棒受到的安培力的大??；（3）導(dǎo)體棒受到的摩擦力?！敬鸢浮浚?）1.5A （2）0.30N（3）0.06N【解析】（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律有：I=1.5A（2）導(dǎo)體棒受到的安培力：F安=BIL=0.30N（3）重力沿斜面向下的分力F1= mgsin37º=0.24N，小于安培力0.30N，故導(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力f作用 ，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有：mg sin37º+f=F安解得：f=0.06N靜摩擦力方向沿斜面向下重難點(diǎn)三、磁電式電流表1原理：安培力與電流的關(guān)系2構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴如圖所示3特點(diǎn)：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場方向平行，從而使表盤刻度均勻4工作原理：如圖所示是線圈在磁場中受力的示意圖當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用，由左手定則知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向5優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱如果希望它測量較大的電流值，就要擴(kuò)大其量程