2019-2020年滬科版物理高二上9-B《磁場對電流的作用 左手定則》學(xué)案.doc
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2019-2020年滬科版物理高二上9-B《磁場對電流的作用 左手定則》學(xué)案 考點(diǎn)突破 一、對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解 1.磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場性質(zhì)的物理量，是用比值法定義的. 2.勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同，磁感線是一組平行且等間距的直線. 【例1】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法正確的是( ) A.一小段通電導(dǎo)線放在B為零的位置，那么它受到的磁場力也一定為零 B.通電導(dǎo)線所受的磁場力為零，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度也一定為零 C.放置在磁場中1 m長的通電導(dǎo)線，通過1 A的電流，受到的磁場力為1 N，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度就是 1 T D.磁場中某處的B的方向跟電流在該處受到的磁場力F的方向相同 跟蹤訓(xùn)練1．下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是（ ） A．只有磁鐵周圍才存在磁場 B．磁場是假想的，不是客觀存在的 C．磁場的方向就是小磁針靜止時(shí)南極所指的方向 D．磁極與磁極，磁極與電流、電流與電流之間都是通過磁 場發(fā)生相互作用 二、通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的判斷 判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢的方向.現(xiàn)對五種常用的方法列表如下： 【例2】如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動(dòng).當(dāng)導(dǎo)線中通有如圖所示方向的電流I時(shí)，試判斷導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況. 跟蹤訓(xùn)練2、如圖 9－1－3 所示，把輕質(zhì)線圈用細(xì)線掛在磁鐵 N 極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈的平面當(dāng)線圈內(nèi)通過圖示方向的電流時(shí)，線圈運(yùn)動(dòng)的情況是( ) A．線圈向磁鐵靠攏 B．線圈遠(yuǎn)離磁鐵 C．線圈不動(dòng) D．無法確定 三、與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題 1.安培力的大小 安培力常用公式F=BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時(shí)要滿足： (1)B與L垂直； (2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度；如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端.因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強(qiáng)磁場中，受到的安培力的矢量和為零. 2.通電導(dǎo)線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路 (1)選定研究對象; (2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安 ⊥ B、F安⊥I. (3)列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進(jìn)行求解. 3.安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì) (1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑無關(guān). (2)安培力做功的實(shí)質(zhì)：起傳遞能量的作用. ①安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能. ②安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 【例3】如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ=37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T，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(dòng)勢E=4.5 V、內(nèi)阻r=0.50 Ω的直流電源.現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.040 kg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 Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2.已知sin37=0.60,cos37=0.80，求： (1)通過導(dǎo)體棒的電流； (2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小； (3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力. 跟蹤訓(xùn)練3、如圖所示在傾角為θ的斜面上，固定一金屬框，寬為 L，接入電動(dòng)勢為 E，電池內(nèi)阻不計(jì)．垂直框面放有一根質(zhì)量為 m 的金屬棒 ab，它與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B, 垂直框面向上的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 R 的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，可使金屬棒靜止在框架上？(框架與棒的電阻不計(jì)) 四、對磁通量的理解 1、定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直磁場方向的面積的乘積叫做穿過這個(gè)面的磁通量，其物理意義是穿過某一面積的磁感線 條數(shù) 2、定義式：Φ＝BScosθ，式中 Scosθ為面積 S 在垂直于磁場方向的平面(中性面)上投影的大小，θ是面積 S 所在平面的法線方向與磁場方向的夾角． 3、磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)，其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向(如平面法線的方向)是相同還是相反．若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為Φ1，反向磁感線條數(shù)為Φ2，則磁通量等于穿過平面的合磁通(磁通量的代數(shù)和)，即Φ＝Φ1－Φ2. 4、單位：韋伯，符號是Wb.1Wb＝1Tm 【例4】如圖所示，水平放置的扁平條形磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一線框，線框平面與磁鐵垂直，當(dāng)線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的過程中，穿過它的磁通量的變化是（ ） A．先減小后增大 B．始終減小 C．始終增大 D．先增大后減小 跟蹤訓(xùn)練4、如圖所示，兩個(gè)同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直，通過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb 的關(guān)系為（ ） A．Φa＞Φb B． Φa ＜ Φb C． Φa ＝ Φb D．不能確定 當(dāng)堂檢測 1、如圖，質(zhì)量為、長為的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于，并處于勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)導(dǎo)線中通以沿正方向的電流，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為。則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為 (A) 正向， (B)正向， (C) 負(fù)向， (D)沿懸線向上， 2、自然界的電、熱和磁等現(xiàn)象都是相互聯(lián)系的，很多物理學(xué)家為尋找它們之間的聯(lián)系做出了貢獻(xiàn)。下列說法正確的是（ ） A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系 B.歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，說明了熱現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間存在聯(lián)系 C.法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，揭示了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間的聯(lián)系 D.焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)，定量經(jīng)出了電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 3、為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是（ ） 4、如圖，長為的直導(dǎo)線拆成邊長相等，夾角為的形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為的電流時(shí)，該形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為 （A）0 （B）0.5 （C） （D） 5、如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為610－2 kg的通電直導(dǎo)線，電流強(qiáng)度I＝1 A，方向垂直于紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動(dòng)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t＝0時(shí)，B＝0，則需要幾秒，斜面對導(dǎo)線的支持力為零？(g取10 m/s2) 課后練習(xí) 1．一段直導(dǎo)線L＝1 m，其中通有I＝1 A的電流，受到垂直于紙面向外的大小為F＝1 N的磁場力作用，據(jù)此( ) A．既可以確定這個(gè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，又可以確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 B．僅能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，不能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 C．僅能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，不能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向均無法確定 2．將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖23所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí)，從上往下看( ) A．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵 B．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵 C．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵 D．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵 3．如圖所示，金屬細(xì)棒質(zhì)量為m，用兩根相同輕彈簧吊放在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，彈簧的勁度系數(shù)為k，棒ab中通有穩(wěn)恒電流，棒處于平衡，并且彈簧的彈力恰好為零．若電流大小不變而方向相反，則( ) A．每根彈簧彈力的大小為mg B．每根彈簧彈力的大小為2mg C．彈簧形變量為mg/k D．彈簧形變量為2mg/k 4．如圖所示是云層之間閃電的模擬圖，圖中A、B是位于東、西方向帶有電荷的兩塊陰雨云，在放電的過程中，在兩云的尖端之間形成了一個(gè)放電通道，發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里，S極轉(zhuǎn)向紙外，則關(guān)于A、B帶電情況的說法中正確的是( ) A．帶同種電荷 B．帶異種電荷 C．B帶正電 D．A帶正電 5．有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖．在圖中所示的平面內(nèi)，O點(diǎn)為兩根導(dǎo)線連線的中點(diǎn)，M、N為兩導(dǎo)線附近的兩點(diǎn)，它們在兩導(dǎo)線連線的中垂線上，且與O點(diǎn)的距離相等．若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，則關(guān)于線段MN上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是( ) A．M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同 B．M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反 C．在線段MN上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都不可能為零 D．在線段MN上只有一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 6．一段長0.2 m，通過2.5 A電流的直導(dǎo)線，關(guān)于在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中所受安培力F的情況，正確的是( ) A．如果B＝2 T，F(xiàn)一定是1 N B．如果F＝0，B也一定為零 C．如果B＝4 T，F(xiàn)有可能是1 N D．如果F有最大值時(shí)，通電導(dǎo)線一定與B平行 7．如圖所示，平行于紙面水平向右的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝1 T．位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線，長L＝1 m，通有I＝1 A的恒定電流．當(dāng)導(dǎo)線與B1成60夾角時(shí)，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零．則該區(qū)域同時(shí)存在的另一勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小可能為( ) A. T B. T C．1 T D. T 8．如圖所示，質(zhì)量為m的回形針系在細(xì)線下端被磁鐵吸引保持靜止，此時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角為 θ，則下列說法正確的是( ) A．回形針靜止時(shí)受到的磁鐵對它的磁力大小為mgtanθ B．回形針靜止時(shí)受到的細(xì)線的拉力大小為mgcosθ C．現(xiàn)用點(diǎn)燃的火柴對回形針加熱，過一會(huì)發(fā)現(xiàn)回形針不被磁鐵吸引了，原因是回形針加熱后，分子電流排列無序了 D．現(xiàn)用點(diǎn)燃的火柴對回形針加熱，過一會(huì)發(fā)現(xiàn)回形針不被磁鐵吸引了，原因是回形針加熱后，分子電流消失了 9．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直斜面放置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)線，當(dāng)通以電流I時(shí)，欲使導(dǎo)線靜止在斜面上，外加勻強(qiáng)磁場B的大小和方向可能是( ) A．B＝mgtanα/(IL)，方向垂直斜面向上 B．B＝mgsinα/(IL)，方向垂直斜面向下 C．B＝mgtanα/(IL)，方向豎直向上 D．B＝mg/(IL)，方向水平向右 10．如圖所示，用粗細(xì)均勻的電阻絲折成平面梯形框架，ab、cd邊均與ad邊成60角，ab＝bc＝cd＝L，長度為L的電阻絲電阻為r，框架與一電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，則框架受到的安培力的合力大小為( ) A．0 B. C. D. 11、水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動(dòng)勢為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)．現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為θ且指向右斜上方，如圖所示，問： (1)當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為多少？ (2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？ 參考答案 例1、【答案】選A. 【詳解】根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，A選項(xiàng)對.B選項(xiàng)通電導(dǎo)線(電流I)與磁場方向平行時(shí)，磁場力為零，磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，B選項(xiàng)錯(cuò). C選項(xiàng)只有通電導(dǎo)線(電流I)與磁場方向垂直時(shí)，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小才為1 T，C選項(xiàng)錯(cuò). D選項(xiàng)B與F方向一定垂直，D選項(xiàng)錯(cuò). 例2、【詳解】(1)根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其運(yùn)動(dòng)情況.將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，由左手定則可得AO段所受安培力的方向垂直于紙面向外，BO段所受安培力的方向垂直于紙面向里，可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng). (2)根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況.如圖所示，導(dǎo)線AB此時(shí)所受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng). (3)由上述兩個(gè)特殊位置的判斷可知，當(dāng)導(dǎo)線不在上述的特殊位置時(shí)，所受安培力使AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng). 例3、【答案】(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下 【詳解】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律 (2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N (3)將重力正交分解，設(shè)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面的分力為F1，則F1=mgsin37=0.24 N 所以F1下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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