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高中探究磁場對電流的作用的物理教案

教案 時間:2021-08-31 手機版

  第1節探究磁場對電流的作用

課前預習

一、安培力

  1.磁場對通電導線的作用力叫做___○1____.

  2.大小:(1)當導線與勻強磁場方向________○2_____時,安培力最大為F=_____○3_____.

  (2)當導線與勻強磁場方向_____○4________時,安培力最小為F=____○5______.

  (3) 當導線與勻強磁場方向斜交時,所受安培力介于___○6___和__○7______之間。

  3.方向:左手定則:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指__○8____,并且都跟手掌在___○9___,把手放入磁場中,讓磁感線___○10____,并使伸開的四指指向 _○11___的方向,那么,拇指所指的方向,就是通電導線在磁場中的__○12___方向.

二、磁電式電流表

  1.磁電式電流表主要由___○13____、____○14___、____○15____、____○16_____、_____○17_____構成.

  2.蹄形磁鐵的磁場的方向總是沿著徑向均勻地分布的,在距軸線等距離處的磁感應強度的大小總是相等的,這樣不管線圈轉到什么位置,線圈平面總是跟它所在位置的磁感線平行,I與指針偏角θ成正比,I越大指針偏角越大,因而電流表可以量出電流I的大小,且刻度是均勻的,當線圈中的電流方向改變時,安培力的方向隨著改變,指針偏轉方向也隨著改變,又可知道被測電流的方向。

  3、磁電式儀表的優點是____○18________,可以測很弱的電流,缺點是繞制線圈的導線很細,允許通過的電流很弱。

課前預習答案

  ○1安培力○2垂直○3BIL○4平行○50○60○7BIL○8垂直○9同一個平面內○10垂直穿入手心○11電流○12受力○13蹄形磁鐵 ○14 鐵芯○15繞在線框上的線圈○16螺旋彈簧○17指針○18靈敏度高

重難點解讀

一、 對安培力的認識

  1、 安培力的性質:

  安培力是磁場對電流的作用力,是一種性質力。

  2、 安培力的作用點:

  安培力是導體中通有電流而受到的力,與導體的中心位置無關,因此安培力的作用點在導體的幾何中心上,這是因為電流始終流過導體的所有部分。

  3、安培力的方向:

  (1)安培力方向用左手定則判定:伸開左手,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一個平面內,把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的四指指向電流方向,那么大拇指所指的方向就是通電導體在磁場中的受力方向。

  (2)F、B、I三者間方向關系:已知B、I的方向(B、I不平行時),可用左手定則確定F的唯一方向:F⊥B,F⊥I,則F垂直于B和I所構成的平面(如圖所示),但已知F和B的方向,不能唯一確定I的方向。由于I可在圖中平面α內與B成任意不為零的夾角。同理,已知F和I的方向也不能唯一確定B的方向。

  (3)用“同向電流相吸,反向電流相斥”(反映了磁現象的電本質)。只要兩導線不是互相垂直的,都可以用“同向電流相吸,反向電流相斥”判定相互作用的磁場力的方向;當兩導線互相垂直時,用左手定則判定。

  4、安培力的大小:

  (1)安培力的計算公式:F=BILsinθ,θ為磁場B與直導體L之間的夾角。

  (2)當θ=90°時,導體與磁場垂直,安培力最大Fm=BIL;當θ=0°時,導體與磁場平行,安培力為零。

  (3)F=BILsinθ要求L上各點處磁感應強度相等,故該公式一般只適用于勻強磁場。

  (4)安培力大小的特點:①不僅與B、I、L有關,還與放置方式θ有關。②L是有效長度,不一定是導線的實際長度。彎曲導線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度,所以任意形狀的閉合線圈的有效長度L=0

二、通電導線或線圈在安培力作用下的運動判斷方法

  (1)電流元分析法:把整段電流等效為多段很小的直線電流元,先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向,從而判斷出整段電流所受合力方向,最后確定運動方向.

  (2)特殊位置分析法:把通電導體轉到一個便于分析的特殊位置后判斷其安培力方向,從而確定運動方向.

  (3)等效法:環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環形電流,反過來等效也成立。

  (4)轉換研究對象法:因為電流之間,電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律,這樣,定性分析磁體在力的作用下如何運動的問題,可先分析電流在磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,再確定磁體所受作用力,從而確定磁體所受合力及運動方向.

典題精講

題型一、安培力的方向

  例1、電視機顯象管的偏轉線圈示意圖如右,即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉?

  解:畫出偏轉線圈內側的電流,是左半線圈靠電子流的一側為向里,右半線圈靠電子流的一側為向外。電子流的等效電流方向是向里的,根據“同向電流互相吸引,反向電流互相排斥”,可判定電子流向左偏轉。(本題用其它方法判斷也行,但不如這個方法簡潔)。

  答案:向左偏轉

  規律總結:安培力方向的判定方法:

  (1)用左手定則。

  (2)用“同性相斥,異性相吸”(只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時)。

  (3)用“同向電流相吸,反向電流相斥”(反映了磁現象的電本質)。可以把條形磁鐵等效為長直螺線管(不要把長直螺線管等效為條形磁鐵)。

題型二、安培力的大小

  例2、如圖,一段導線abcd位于磁感應強度大小為B的勻強磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L,且 。流經導線的電流為I,方向如圖中箭頭所示。導線段abcd所受到的磁場的作用力的合力

  A. 方向沿紙面向上,大小為

  B. 方向沿紙面向上,大小為

  C. 方向沿紙面向下,大小為

  D. 方向沿紙面向下,大小為

  解析:該導線可以用a和d之間的直導線長為 來等效代替,根據 ,可知大小為 ,方向根據左手定則.A正確。

  答案:A

  規律總結:應用F=BILsinθ來計算時,F不僅與B、I、L有關,還與放置方式θ有關。L是有效長度,不一定是導線的實際長度。彎曲導線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度,所以任意形狀的閉合線圈的有效長度L=0


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