物理 第二章 磁場 第三節(jié) 磁場對通電導(dǎo)線的作用 新人教版選修1-1

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1、理解教材新知第二章磁場隨堂基礎(chǔ)鞏固課時跟蹤訓(xùn)練知識點一知識點二把握熱點考向考向一考向二應(yīng)用創(chuàng)新演練第三 節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用知識點三考向三1.通電導(dǎo)體在磁場中受到的力通電導(dǎo)體在磁場中受到的力 稱為安培力,其大小跟磁感稱為安培力,其大小跟磁感 應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線長度、導(dǎo)線長度L、電流、電流I成正比,公式成正比,公式FBIL。其方。其方向用左手定則判斷。向用左手定則判斷。2磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B反映磁場的強(qiáng)反映磁場的強(qiáng) 弱,是矢量,其大小弱,是矢量,其大小BF/IL,方向是該點小磁針,方向是該點小磁針N極受力方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的極受力方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,簡稱特,符單位是特斯拉,簡稱特

2、,符號號T。3左手定則:伸開左手,使拇指左手定則:伸開左手,使拇指 跟其余四指垂直,并且都跟手跟其余四指垂直,并且都跟手 掌在同一個平面內(nèi),讓磁感線掌在同一個平面內(nèi),讓磁感線 穿入手心,并使四指指向電流穿入手心,并使四指指向電流 的方向,拇指所指的方向就是的方向,拇指所指的方向就是 通電導(dǎo)線所受安培力的方向。通電導(dǎo)線所受安培力的方向。 自學(xué)教材自學(xué)教材 1定義定義 在磁場中受到的力稱為安培力。在磁場中受到的力稱為安培力。通電導(dǎo)體通電導(dǎo)體 2大小大小 當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向 時,它所受的安培力最時,它所受的安培力最大,此時大,此時F ;當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向一致時,導(dǎo)線;當(dāng)導(dǎo)線方

3、向與磁場方向一致時,導(dǎo)線不受安培力。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向斜交時,所受安培力不受安培力。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向斜交時,所受安培力介于最大值和介于最大值和0之間。之間。垂直垂直BIL圖圖231 3安培力的方向安培力的方向 安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,又跟電流方向垂直,三個方向之間垂直,又跟電流方向垂直,三個方向之間的關(guān)系可用左手定則判定:伸開左手,使的關(guān)系可用左手定則判定:伸開左手,使拇指跟其余四指拇指跟其余四指 ,并且都跟手掌在,并且都跟手掌在垂直,又跟電流方向垂直,三個方向之間的關(guān)系可用左手定垂直,又跟電流方向垂直,三個方向之間的關(guān)系可用左手定則判定:伸

4、開左手,使拇指跟其余四指則判定:伸開左手,使拇指跟其余四指 ,并且都跟手掌,并且都跟手掌在在 ,讓磁感線穿入手心,并使四指指向,讓磁感線穿入手心,并使四指指向 的的方向,那么,方向,那么, 所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向,如圖向,如圖2-3-1所示。所示。垂直垂直同一個平面同一個平面內(nèi)內(nèi)電流電流拇指拇指垂直垂直 重點詮釋重點詮釋 1安培力大小分析安培力大小分析 通電導(dǎo)體在磁場中受到的安培力的大小與電流大小通電導(dǎo)體在磁場中受到的安培力的大小與電流大小I、導(dǎo)線在磁場中的長度導(dǎo)線在磁場中的長度L、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及電流方向以及電流方向

5、與磁場方向有關(guān)系。與磁場方向有關(guān)系。 (1)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時,安培力當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時,安培力F0; (2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時,安培力當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時,安培力FBIL; (3)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向成某一夾角當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向成某一夾角時,安培力大時,安培力大小小F滿足:滿足:0FBIL。 2安培力的方向特點安培力的方向特點 (1)由左手定則可判定由左手定則可判定FI、FB,但,但B與與I不一定相不一定相互垂直,即安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向互垂直,即安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面。在判斷時,首先確定磁場與電流所決定的所決定

6、的平面。在判斷時,首先確定磁場與電流所決定的平面,從而判斷出安培力的方向。平面,從而判斷出安培力的方向。 (2)若已知若已知B、I方向,安培力的方向唯一確定;但若已方向,安培力的方向唯一確定;但若已知知B(或或I)與安培力的方向,與安培力的方向,I(或或B)的方向不唯一。的方向不唯一。1關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力(安培力安培力),下列說法正,下列說法正確的是確的是 ()A通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用B通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場 的方向垂直的方向垂直C通電直

7、導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的 方向垂直方向垂直D通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和和I 所確定的平面所確定的平面解析:解析:當(dāng)一段通電直導(dǎo)線在磁場中平行于磁感線方向放置當(dāng)一段通電直導(dǎo)線在磁場中平行于磁感線方向放置時,不受安培力的作用,時,不受安培力的作用,A選項錯誤。據(jù)左手定則,通電選項錯誤。據(jù)左手定則,通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向既垂直于磁場方向,又直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向既垂直于磁場方向,又垂直于電流的方向,即安培力方向總是垂直于磁場和電流垂直于電流的方向,即安培力方

8、向總是垂直于磁場和電流所確定的平面,所確定的平面,B、C、D選項正確。選項正確。答案:答案:BCD 自學(xué)教材自學(xué)教材 1定義定義 一段通電直導(dǎo)線一段通電直導(dǎo)線 放在磁場里,所受的放在磁場里,所受的 與導(dǎo)線中的電流和導(dǎo)線的長度的與導(dǎo)線中的電流和導(dǎo)線的長度的 的比值,叫的比值,叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度。垂直垂直安培力安培力乘積乘積特斯拉特斯拉T 4矢量性矢量性 磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有大小,還有方向,是矢量。小磁針磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有大小,還有方向,是矢量。小磁針的的 極在磁場中某點受力的方向,就是這點磁感應(yīng)強(qiáng)度的極在磁場中某點受力的方向,就是這點磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。方向。N 重點詮釋重點詮釋 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度

9、是反映磁場本身特性的物理量,是由磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場本身特性的物理量,是由磁場本身決定的,與磁場中是否引入電流無關(guān),與引入的磁場本身決定的,與磁場中是否引入電流無關(guān),與引入的電流是否受力無關(guān)。電流是否受力無關(guān)。 (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小反映了磁場的強(qiáng)弱,的大小反映了磁場的強(qiáng)弱,B越大,表越大,表示該點磁場越強(qiáng),示該點磁場越強(qiáng),B的方向即該點磁場的方向,與安培力的方向即該點磁場的方向,與安培力F的方向垂直。的方向垂直。 (4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向即是磁場的方向,即小磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向即是磁場的方向,即小磁針靜止時磁針靜止時N極的指向,也是小磁針極的指向,也是小磁針N極受磁場力

10、的方向。極受磁場力的方向。 2勻強(qiáng)磁場中有一段長為勻強(qiáng)磁場中有一段長為0.2 m的直導(dǎo)線,它與磁場方向的直導(dǎo)線,它與磁場方向垂直,當(dāng)通過垂直,當(dāng)通過3 A的電流時,受到的電流時,受到6.0102 N的磁場力,的磁場力,則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T;當(dāng)導(dǎo)線長度縮短;當(dāng)導(dǎo)線長度縮短一半時,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是一半時,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T;當(dāng)通入的;當(dāng)通入的電流加倍時,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是電流加倍時,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T。答案:答案:0.10.10.1 自學(xué)教材自學(xué)教材 1.原理原理 通電線圈在磁場中受到通電線圈在磁場中受到 作用發(fā)生轉(zhuǎn)動。作用發(fā)生轉(zhuǎn)動。安培力安培力 2主要構(gòu)造

11、主要構(gòu)造 各種電動機(jī)都有各種電動機(jī)都有 和和 。其中。其中 是電動機(jī)是電動機(jī)中固定不動的部分,可以是線圈,也可以是中固定不動的部分,可以是線圈,也可以是 。 是電動機(jī)中轉(zhuǎn)動的部分。直流電動機(jī)中還有是電動機(jī)中轉(zhuǎn)動的部分。直流電動機(jī)中還有 和和整流子,可以將電流持續(xù)地提供給線圈。整流子,可以將電流持續(xù)地提供給線圈。 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子磁體磁體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電刷電刷3如圖如圖232所示的四幅圖中,能說明電動機(jī)工作原理所示的四幅圖中,能說明電動機(jī)工作原理的是的是 ()圖圖232解析:解析:電動機(jī)是通電導(dǎo)體在磁場中受安培力作用的具電動機(jī)是通電導(dǎo)體在磁場中受安培力作用的具體應(yīng)用,所以只有體應(yīng)用,所以只有C

12、項符合。項符合。答案:答案:C 例例1如圖如圖233所示,在勻強(qiáng)磁場中放有下列各所示,在勻強(qiáng)磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線,電流為種形狀的通電導(dǎo)線,電流為I,磁感應(yīng)強(qiáng)度為,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求各導(dǎo)線,求各導(dǎo)線所受到的安培力所受到的安培力F的大小。的大小。圖圖233 思路點撥思路點撥因各圖中的因各圖中的IB,故可用公式,故可用公式FBIL計計算安培力的大小,但應(yīng)注意公式中算安培力的大小,但應(yīng)注意公式中“L”的選取。的選取。同理,同理,C圖中,導(dǎo)線的有效長度為線段圖中,導(dǎo)線的有效長度為線段ab,F(xiàn)2BIR。由對安培力的理解知由對安培力的理解知D圖中圖中F0。答案答案見解析見解析 由由D圖可知,圖可

13、知, 任何通電閉合線圈在磁場中,所受的任何通電閉合線圈在磁場中,所受的安培力都等于零。安培力都等于零。1一根長一根長0.1 m、通有電流、通有電流1.8 A的導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度的導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為為0.2 T的勻強(qiáng)磁場中,受到的磁場力大小可能為的勻強(qiáng)磁場中,受到的磁場力大小可能為()A0.01 NB0.04 NC0.1 N D0.2 N解析:解析:當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場放置時,受的磁場力最大當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場放置時,受的磁場力最大FmBIL0.036 N。所以只有。所以只有A正確。正確。答案:答案:A 例例2圖圖234表示的是磁場對直線電流的作用,表示的是磁場對直線電流的作用,其中正確的是其中正

14、確的是 ()圖圖234 思路點撥思路點撥解此題要依據(jù)左手定則,注意四指指向解此題要依據(jù)左手定則,注意四指指向電流方向,磁感線穿過手心。電流方向,磁感線穿過手心。 解析解析根據(jù)左手定則,可以判斷根據(jù)左手定則,可以判斷B中安培力方向向左,中安培力方向向左,C中安培力方向向下,中安培力方向向下,B、C項錯誤,項錯誤,A、D正確。正確。 答案答案AD 電流和磁場可以不垂直,但安培力必然和電流方向垂電流和磁場可以不垂直,但安培力必然和電流方向垂直,也和磁場方向垂直,用左手定則時,磁感線不一定垂直,也和磁場方向垂直,用左手定則時,磁感線不一定垂直穿過手心,只要不從手背穿過就行。直穿過手心,只要不從手背穿過

15、就行。2如圖如圖235所示,其中所示,其中A、B圖已知電流和其所受磁圖已知電流和其所受磁場力的方向,試在圖中標(biāo)出磁場方向。場力的方向,試在圖中標(biāo)出磁場方向。C、D圖已知磁圖已知磁場和它對電流作用力的方向,試在圖中標(biāo)出電流方向。場和它對電流作用力的方向,試在圖中標(biāo)出電流方向。圖圖235解析:解析:已知電流已知電流I、磁場、磁場B、安培力、安培力F三個中的兩個方向,三個中的兩個方向,確定第三個的方向,我們只要利用左手定則即可。確定第三個的方向,我們只要利用左手定則即可。答案:答案:A圖磁場方向垂直紙面向外;圖磁場方向垂直紙面向外;B圖磁場方向在紙面內(nèi)圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直垂直F斜向下;斜向下;C、

16、D圖電流方向均垂直于紙面向里。圖電流方向均垂直于紙面向里。解析解析根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義,通電導(dǎo)線應(yīng)為根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義,通電導(dǎo)線應(yīng)為“在磁場中在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線”,只有在這個方向上導(dǎo)線所受,只有在這個方向上導(dǎo)線所受的安培力才最大,故的安培力才最大,故A錯誤;當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時,錯誤;當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時,不受安培力作用,故不受安培力作用,故B選項錯誤;在磁場源穩(wěn)定的情況下,選項錯誤;在磁場源穩(wěn)定的情況下,磁場內(nèi)每一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的,與放入該處的磁場內(nèi)每一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的,與放入該處的檢驗電流無關(guān),檢驗電流無關(guān),C正確;由

17、左手定則可確定,安培力的方向正確;由左手定則可確定,安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,故與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,故D錯誤。錯誤。答案答案C3關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中,正確的為關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中,正確的為 ()A磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量B磁場中某處小磁針磁場中某處小磁針N極受磁場力的方向就是該處磁極受磁場力的方向就是該處磁 感應(yīng)強(qiáng)度的方向感應(yīng)強(qiáng)度的方向C若有一小段長為若有一小段長為L,通電電流為,通電電流為I的導(dǎo)體,在磁感應(yīng)強(qiáng)的導(dǎo)體,在磁感應(yīng)強(qiáng) 度為度為B的磁場中某點受到的磁場力為的磁場中某點受到的磁場力為F,則一定有,則一

18、定有F BILD磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是由通電導(dǎo)線的長度、電流、受的大小是由通電導(dǎo)線的長度、電流、受 力力 決定的,與磁場無關(guān)決定的,與磁場無關(guān)解析:解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度用來描述磁場,可以表示磁場的強(qiáng)弱和磁感應(yīng)強(qiáng)度用來描述磁場,可以表示磁場的強(qiáng)弱和方向,其大小由磁場本身決定與是否存在通電導(dǎo)線無關(guān),方向,其大小由磁場本身決定與是否存在通電導(dǎo)線無關(guān),A對對D錯;磁場方向也就是小磁針錯;磁場方向也就是小磁針N極受力的方向,極受力的方向,B正確;正確;通電導(dǎo)線在磁場中的受力與放入角度有關(guān),垂直時最大為通電導(dǎo)線在磁場中的受力與放入角度有關(guān),垂直時最大為FBIL,所以,所以C錯誤。錯誤。答案:答案:AB

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