人教版高中物理选择性必修第二册第一章教案教学设计复习资料.docx
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人教版高中物理选择性必修第二册第一章教案教学设计复习资料
人教版高中物理选择性必修第二册
第一章安培力与洛伦兹力
第1节磁场对通电导线的作用力
【素养目标】
1、知道什么是安培力,会推导安培力公式F=BILsinθ。
2、知道左手定则的内容,并会用它判断安培力的方向。
3、了解磁电式电流表的工作原理。
【必备知识】
知识点一、安培力
1、定义:
通电导体在磁场中受的力称为安培力。
2、安培力的方向:
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;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的方向.
3、安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系
(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;
(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;
(3)已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定.
【点睛】安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的比较
安培定则(右手螺旋定则)
左手定则
作用
判断电流的磁场方向
判断电流在磁场中的受力方向
内容
具体
情况
直线电流
环形电流或通电螺线管
电流在磁场中
应用
方法
拇指指向电流的方向
四指弯曲的方向表示电流的环绕方向
磁感线穿过手掌心,四指指向电流的方向
结果
四指弯曲的方向表示磁感线的方向
拇指指向轴线上磁感线的方向
拇指指向电流受到的磁场力的方向
【点睛】安培力作用下导体运动方向的五种判断方法
电流元法
把整段导线分为多段电流元,先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向,然后判断整段导线所受安培力的方向,从而确定导线运动方向
等效法
环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立),然后根据磁体间或电流间的作用规律判断
特殊位置法
通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向
结论法
两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;不平行的两直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法
定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的反作用力,从而确定磁体所受合力及其运动方向
知识点二、安培力的大小
1、
2、式中的l为导线的有效长度,当导线弯曲时,l等于连接导线两端点的线段的长度。
相应的电流方向沿L由始端流向末端,如图所示。
3、同样情况下,通电导线与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;导线与磁场方向平行时,它不受安培力;导线与磁场方向斜交时,它所受的安培力介于0和最大值之间.
4、在非匀强磁场中,只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向),则导线所受安培力也能用上述公式计算.
5、当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和.
知识点三、磁电式电流表
电流表是测定电流强弱和方向的仪器,常用的是磁电式电流表,其结构和原理如图所示。
1、构造:
最基本的是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈.
2、原理
①通电线圈在磁场中受安培力发生转动.螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动.
②线圈偏转的角度越大,被测电流就越大,所以根据线圈偏转角度的大小,可以确定被测电流的大小;根据线圈偏转的方向,可以知道被测电流的方向.
3、特点
表盘刻度均匀.
4、优、缺点
①优点:
灵敏度高,可以测出很弱的电流.
②缺点:
线圈的导线很细,允许通过的电流很弱.
【课堂检测】
1.如图所示,位于通电螺线管中央轴线上a、b、c三点和外侧的d点,关于各点的磁场,下列说法正确的是( )
A. a点的磁场最强
B. b点的磁场最强
C. c点磁感应强度方向水平向左
D. d点磁感应强度方向水平向右
【答案】A
【解析】CD.由右手螺旋定则可以判定,螺线管内部的磁场方向从左向右,所以c点的磁感应强度方向水平向右;由于磁感线是闭合的曲线,所以d点的磁感应强度方向水平向左;C、D不符合题意;
AB.由螺线管的内、外磁感线分布可知,a点的磁场最强,b点的磁场弱于a点,A符合题意、B不符合题意。
故答案为:
A。
【分析】利用右手螺旋定则可以判别螺线管周围磁感应强度的大小及方向。
2.如图所示,在水平放置的通电螺线管正上方,垂直螺线管水平放置一阴极射线管。
若要阴极射线往上偏转,则应( )
A. M接电源正极,N接负极
B. M接电源负极,N接正极
C. M接电源正极,N接负极,阴极射线管正负极位置互换
D. M接电源负极,N接正极,阴极射线管水平旋转90°
【答案】A
【解析】ABC.由图可知,阴极射线由负极射向正极往上偏转,由左手定则可判断,螺线管上方的磁场由N指向M,则螺线管内部轴线方向的磁场由M指向N,由安培定则可判断出,M接电源正极,N接负极,A符合题意,BC不符合题意;
D.M接电源负极,N接正极时,根据左手定则和安培定则可判断出,阴极射线管水平旋转180°,D不符合题意。
故答案为:
A。
【分析】由左手定则,阴极射线向右,向上偏,磁场由M指向N,由安培定则,M接电源正极,N接负极。
【素养作业】
1.如图,通有电流I的直导线处于方向向左的匀强磁场B中,则导线受到磁场力的方向( )
A.向上B.向下C.向左D.向右
【答案】A
【解析】根据左手定则可知,直导线受安培力方向向上。
故答案为:
A。
【分析】利用左手定则结合磁感线和电流的方向可以判别安培力的方向。
2.如图所示,三根长直通电导线互相平行,电流大小和方向均相同,它们的截面处于顶角为120°的等腰的三个顶点,导线A产生的磁场在C处的磁感应强度大小为,则( )
A. 导线A,B在C处的合磁场的磁感应强度大小为
B. 导线A,B在C处的合磁场的磁感应强度大小为
C. 导线C受到的安培力的方向为垂直向下
D. 导线C受到的安培力的方向为垂直向上
【答案】C
【解析】AB.由右手螺旋定则和平行四边形定则,可判断导线A、B在C处的合磁场的磁感应强度大小为,方向平行向右,如图所示,
AB不符合题意;
CD.再由左手定则可判断C处受到的安培力的方向为垂直向下,C符合题意,D不符合题意。
故答案为:
C。
【分析】利用右手螺旋定则可以判别磁感应强度的方向,结合平行四边形定则可以判别合磁感应强度的方向及大小,结合左手定则可以判别安培力的方向。
3.如图所示,粗细均匀同种材料制成的半圆形通电导体线框置于匀强磁场中,为导体线框的直径,、两点通入如图所示的电流,已知边受到的安培力大小为F,则导体线框半圆弧部分受到的安培力大小为( )
A.B.C.D.
【答案】A
【解析】设导线框的直径为,则半圆弧长度为,根据电阻定律
可知导线框直径部分与半圆弧部分电阻之比为,导线框直径部分与半圆弧部分并联,电流与电阻成反比,设通过导线框直径的电流为I,则通过导线框半圆孤部分电流为,导线框直径受到的安培力大小为
导线框半圆弧部分等效长度也为,导线框半圆弧部分受到的安培力大小为
解得
A符合题意。
故答案为:
A。
【分析】利用电阻定律可以求出并联电阻的支路电阻的比值,结合安培力的表达式及有效长度可以求就出安培力的大小。
4.如图所示,长为d质量为m的细金属杆ab,用长为L的细线悬挂后,恰好与水平光滑的平行金属导轨接触,平行金属导轨间距也为d,导轨平面处于竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中。
闭合开关S后,细金属杆ab向右摆起,悬线的最大偏角为。
重力加速度为g,则闭合开关的短时间内通过细金属杆ab的电荷量为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】细金属杆ab离开导轨向右摆起的过程,由机械能守恒定律可得
细金属杆在通电瞬间在水平方向受到磁场的安培力,根据动量定理可得
即
又
可得
解得
故答案为:
C。
【分析】研究金属杆ab离开导轨上摆的过程,根据能量守恒定律求ab离开导轨的速度大小,金属杆在通电瞬间受到磁场作用的安培力,根据动量定理和电荷量与电流关系求解电量q。
5.截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线,长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线,若中心直导线通入电流,四根平行直导线均通入电流,,电流方向如图所示,下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】如图所示,已知五条通电直导线的电流方向,且中心直导线的电流与周围四根直导线的电流关系有:
,则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用,只考虑中间导线和周围四个导线的安培力作用;根据同吸异斥可以得出:
正方形上下两个导线受到中间导线的排斥力,导致正方形上下边长凸出,其左右两个导线受到中间导线的吸引力作用,导致正方形左右两边形成凹形,故变形后的形状如C图所示,所以C选项符合题意。
故答案为:
C。
【分析】利用安培定则可以判别其通电导线周期产生的磁场方向,结合左手定则可以判别其导线受到的安培力方向进而判别弹性长管的变形情况。
6.水平面有一通有恒定电流的直导线,电流方向如图所示,导线处于水平向右的匀强磁场B1中。
如果在该空间再加一个匀强磁场B2,使得导线所受安培力为零,不考虑导线产生的磁场及地磁场的影响,则B2的方向可能为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】A.由左手定则可知,导线在匀强磁场B1中受到的安培力方向垂直向里,导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向垂直向外,所以导线受到的安培力可能为0,A符合题意;
B.由左手定则可知,导线在匀强磁场B1中受到的安培力方向垂直向里,导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向垂直向时,所以导线受到的安培力不可能为0,B不符合题意;
C.由左手定则可知,导线在匀强磁场B1中受到的安培力方向垂直向里,导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向与导线在同一平面内,则导线受到的安培力不可能为0,C不符合题意;
D.由左手定则可知,导线在匀强磁场B1中受到的安培力方向垂直向里,导线在匀强磁场B2中不受安培力的作用,则导线受到的安培力不可能为0,D不符合题意。
故答案为:
A。
【分析】本题主要考查通电导体在磁场中所受安培力的相关知识。
由力的平衡条件和左手定则进行求解。
7.如图所示,是物理兴趣小组自制的电流表原理图。
质量为m的均匀细金属杆与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连,弹簧劲度系数为k,在边长、的矩形区域内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外。
的右端连接一绝缘轻指针,可指示出标尺上的刻度,的长度大于。
当中没有电流通过且处于静止时,与边重合,且指针指在标尺的零刻度。
当中有电流时,指针示数可表示电流大小。
始终在纸面内且保持水平,重力加速度为g,则( )
A. 金属杆中电流方向不影响电流表正常工作
B. 当该电流表的示数为零时,弹簧的伸长量为零
C. 该电流表的刻度在有效范围内是不均匀的
D. 该电流表的最大量程是
【答案】D
【解析】A.电流表正常工作时金属杆所受安培力应向下,即电流方向应,故电流方向改变,所受安培力方向改变,会影响电流表正常工作,A不符合题意;
B.当该电流表的示数为零时,满足
可得弹簧的伸长量为
B不符合题意;
CD.设电流表满偏时通过MN的电流为Im,此时
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