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人教版 (新课标)选修34 通电导线在磁场中受到的力导学案
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这是一份人教版 (新课标)选修34 通电导线在磁场中受到的力导学案，共6页。学案主要包含了安培力的方向，安培力的大小，磁电式电流表等内容，欢迎下载使用。
课题
3.4 《通电导线在磁场中受到的力》
学习目标
会用左手定则来判断安培力的方向，
通过磁感应强度的定义得出安培力的计算公式，应会用公式F=BIL解答有关问题、
知道磁电式电流表的工作原理。
学习重、难点
用左手定则判定安培力方向；用安培力公式计算
学法指导
自主学习、合作讨论、实验探究
课前预习
1．磁感应强度的定义式： 单位：
2．磁通量计算式： 单位：
3．磁通密度是指： 计算式为 。
预习评价
一、安培力的方向
1．安培力：通电导线在________中受的力．
2．决定安培力方向的因素：________和磁感应强度方向．
3．左手定则：如图1所示，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________从掌心进入，并使四指指向________，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受________的方向．
4．安培力的特点
F⊥B，F⊥I，即F垂直于______决定的平面．
5．平行通电导线间的作用力：电流方向相同，两导线相互________________，电流方向相反，两导线相互________．
二、安培力的大小
1．当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为：F＝________.
2．当磁感应强度B的方向与通电导线平行时，导线受力F＝________.
3．当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，F＝________.θ为B与I的夹角．
三、磁电式电流表
1．原理：通电线圈在磁场中受到________而偏转．线圈偏转的角度越大，被测电流就________．根据线圈________，可以知道被测电流的方向．
2．构造：________、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．
3．特点：两磁极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿________方向，保证线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．使线圈平面总与磁场方向________，使表盘刻度均匀，如图2所示．
4．优点：灵敏度高，可以测出________的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱.
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
安培力的方向
（1）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向 ，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 。
（2）安培力的方向特点：尽管磁场与电流方向可以不垂直，但安培力肯总是直于电流方向、同时也垂直于磁场方向，即垂直于_____方向和_______方向所构成的平面．
2、安培力的大小：
（1）当长为L的直导线，垂直于磁场B放置，通过电流为I时，F= ，此时电流受力最 。
（2）当磁场与电流平行时，安培力F= 。
（3）当磁感应强度B的方向与通电导线的方向成θ时，F=
说明：以上是在匀强磁场中安培力的计算公式，非匀强磁场可以看成是很多个大小、方向不同的匀强磁场的组合，通电导线在非匀强磁场中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力．
3、磁电式电流表：
（1）用途： 。
（2）依据原理： 。
（3）构造： 。
（4）优缺点：
电流表的灵敏度很高，是指通过很小的电流时，指针就可以偏转较大的角度。在使用电流表时，允许通过的电流一般都很小，使用时应该特别注意。
【范例精析】
【例1】如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确的是（从上往下看）（C）
A、顺时针方向转动，同时下降 B、顺时针方向转动，同时上升
C、逆时针方向转动，同时下降 D、逆时针方向转动，同时上升
【解析】用安培定则判断通电蹄形电磁铁的极性，通电直导线在蹄形磁铁的磁场中，它的受力情况用电流无法进行判断，如图所示把直线电流等效为AO、OO/、O/B三段，其中OO/为极短的电流元。画出电磁铁的磁感线，可知OO/段电流元不受安培力的作用，AO段受垂直于纸面向外的安培力，O/B段受一垂直于纸面向里的安培力，故从上往下看，导线以OO/段为轴逆时针转动。再用特殊位置法，假设导线转过90°，如图所示，则导线受力的受力方向应竖直向下。实际上导线的运动应是上述两种运动的合成。
【答案】C
【例2】一根均匀粗导线的两端用柔软导线拉入电路，用用两根弹簧测力计悬挂起来，使导线MN保持水平，如图所示，在导线MN处加水平向里的磁场，并通以自M向N的电流，弹簧测力计的示数为F，若要使弹簧测力计示数增大，可以采用的做法是（ACD）
A、只减小电流 B、只增加电流
C、只改变电流方向 D、只改变磁场方向
【解析】对通电导体进行受力分析，由左手定则，确定安培力F安方向向上，如图所示，设弹簧测力计的示数为T，则有T+F安=mg 即T=mg-F安，要使T增大，方法1、可使F安减小，F安=BIL可知，通过减小I，可达到目的。方法2、可使F安反向，可通过改变电流方向或改变磁场方向来实现。
【答案】A、C、D
【例3】如图所示，在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止。求：（1）匀强磁场的磁感应强度B；（2）ab棒对导轨的压力。
T 6N
【解析】先将原图改画为侧视图，对导体棒受力分析，如图所示，导体棒恰好能静止，应有
Nx=F安
Ny=G
因为tan60°= 所以F安= tan60°Ny=G
又F安=BIL
所以B=
导体棒对轨道的压力与轨道对棒的支持力N大小相等。
N==
达标检测
A类
1、关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A、F、B、I的三者必定均相互垂直
B、F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C、B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D、I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
2、如图所示，在蹄形磁铁的上方放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内，则通电线圈运动的情况是（ ）
A、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向下运动
B、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向下运动
C、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动
D、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动
3、如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是（ ）
A、水平向左 B、水平向右 C、竖直向下 D、竖直向上
4、如图所示，一根通有电流I的直铜棒MN，用导线挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，此时两根悬线处于紧张状态，下列哪些措施可使悬线中张力为零（ ）
A、适当增大电流 B、使电流反向并适当减小
C、保持电流I不变，适当增大B D、使电流I反向，适当减小
5、一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是（ ）
A、减少表头线圈的匝数
B、增大表内的串联电阻
C、增强表头的永久磁铁的磁性
D、转紧表内的螺旋弹簧
6、如图所示两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）
A、F2 B、F1-F2 C、F1+F2 D、2F1-F2
二、填空题：
7、如图所示，通有电流的导体A可以自由运动，判断导线A受安培力的情况及在安培力作用下导线将如何运动。
8、在匀强磁场中，有一段5㎝的导线和磁场垂直，当导线通过的电流是1A时，受磁场人作用力是0.1N，那么磁感应强度B= T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B= T，导线受到的安培力F= N。
9、长为L的水平通电直导线放在倾角为的光滑的斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，若磁场方向竖直向上，则电流为I1时导线平衡，若磁场方向垂直于斜面向上，则电流为I2时导线平衡，那么样I1：I2= 。
三、计算题：
10、质量为0.5㎏的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
11、在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流为I、长为L、质量为m的导体棒，如图所示，试求：
⑴欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向
⑵欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值和方向
12、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦）
B类
1、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线（ ）
A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力
C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力
2、质量为m的金属导体棒置于倾角为 的导轨上，棒与导轨间的摩擦系数为，当导体棒通电时，恰能在导轨上静止，如图所示的四个图中标出了四种可能的匀强磁场的磁感应强度 B的方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是（ ）
3、质量为m的一段直导线弯成N形后放到光滑水平面上，具体尺寸如图所示，磁感受应强度为B的匀强磁场竖直向下穿过N形导线平面，当N形导线通入电流I的瞬间，导线的加速度大小为 。
4、有一金属棒ab，质量为m，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L，其平面与水平面的夹角为，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属棒与轨道的最大静磨擦力为其所受重力的k倍，回路中电源电动势为E，内阻不计，问：滑动变阻器R调节在什么阻值范围内，金属棒能静止在轨道上？
学习反思
课题
3.4 《通电导线在磁场中受到的力》
学习目标
会用左手定则来判断安培力的方向，
通过磁感应强度的定义得出安培力的计算公式，应会用公式F=BIL解答有关问题、
知道磁电式电流表的工作原理。
学习重、难点
用左手定则判定安培力方向；用安培力公式计算
学法指导
自主学习、合作讨论、实验探究
课前预习
1．磁感应强度的定义式： 单位：
2．磁通量计算式： 单位：
3．磁通密度是指： 计算式为 。
预习评价
一、安培力的方向
1．安培力：通电导线在________中受的力．
2．决定安培力方向的因素：________和磁感应强度方向．
3．左手定则：如图1所示，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________从掌心进入，并使四指指向________，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受________的方向．
4．安培力的特点
F⊥B，F⊥I，即F垂直于______决定的平面．
5．平行通电导线间的作用力：电流方向相同，两导线相互________________，电流方向相反，两导线相互________．
二、安培力的大小
1．当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为：F＝________.
2．当磁感应强度B的方向与通电导线平行时，导线受力F＝________.
3．当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，F＝________.θ为B与I的夹角．
三、磁电式电流表
1．原理：通电线圈在磁场中受到________而偏转．线圈偏转的角度越大，被测电流就________．根据线圈________，可以知道被测电流的方向．
2．构造：________、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．
3．特点：两磁极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿________方向，保证线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．使线圈平面总与磁场方向________，使表盘刻度均匀，如图2所示．
4．优点：灵敏度高，可以测出________的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱.
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
安培力的方向
（1）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向 ，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 。
（2）安培力的方向特点：尽管磁场与电流方向可以不垂直，但安培力肯总是直于电流方向、同时也垂直于磁场方向，即垂直于_____方向和_______方向所构成的平面．
2、安培力的大小：
（1）当长为L的直导线，垂直于磁场B放置，通过电流为I时，F= ，此时电流受力最 。
（2）当磁场与电流平行时，安培力F= 。
（3）当磁感应强度B的方向与通电导线的方向成θ时，F=
说明：以上是在匀强磁场中安培力的计算公式，非匀强磁场可以看成是很多个大小、方向不同的匀强磁场的组合，通电导线在非匀强磁场中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力．
3、磁电式电流表：
（1）用途： 。
（2）依据原理： 。
（3）构造： 。
（4）优缺点：
电流表的灵敏度很高，是指通过很小的电流时，指针就可以偏转较大的角度。在使用电流表时，允许通过的电流一般都很小，使用时应该特别注意。
【范例精析】
【例1】如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确的是（从上往下看）（C）
A、顺时针方向转动，同时下降 B、顺时针方向转动，同时上升
C、逆时针方向转动，同时下降 D、逆时针方向转动，同时上升
【解析】用安培定则判断通电蹄形电磁铁的极性，通电直导线在蹄形磁铁的磁场中，它的受力情况用电流无法进行判断，如图所示把直线电流等效为AO、OO/、O/B三段，其中OO/为极短的电流元。画出电磁铁的磁感线，可知OO/段电流元不受安培力的作用，AO段受垂直于纸面向外的安培力，O/B段受一垂直于纸面向里的安培力，故从上往下看，导线以OO/段为轴逆时针转动。再用特殊位置法，假设导线转过90°，如图所示，则导线受力的受力方向应竖直向下。实际上导线的运动应是上述两种运动的合成。
【答案】C
【例2】一根均匀粗导线的两端用柔软导线拉入电路，用用两根弹簧测力计悬挂起来，使导线MN保持水平，如图所示，在导线MN处加水平向里的磁场，并通以自M向N的电流，弹簧测力计的示数为F，若要使弹簧测力计示数增大，可以采用的做法是（ACD）
A、只减小电流 B、只增加电流
C、只改变电流方向 D、只改变磁场方向
【解析】对通电导体进行受力分析，由左手定则，确定安培力F安方向向上，如图所示，设弹簧测力计的示数为T，则有T+F安=mg 即T=mg-F安，要使T增大，方法1、可使F安减小，F安=BIL可知，通过减小I，可达到目的。方法2、可使F安反向，可通过改变电流方向或改变磁场方向来实现。
【答案】A、C、D
【例3】如图所示，在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止。求：（1）匀强磁场的磁感应强度B；（2）ab棒对导轨的压力。
T 6N
【解析】先将原图改画为侧视图，对导体棒受力分析，如图所示，导体棒恰好能静止，应有
Nx=F安
Ny=G
因为tan60°= 所以F安= tan60°Ny=G
又F安=BIL
所以B=
导体棒对轨道的压力与轨道对棒的支持力N大小相等。
N==
达标检测
A类
1、关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A、F、B、I的三者必定均相互垂直
B、F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C、B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D、I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
2、如图所示，在蹄形磁铁的上方放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内，则通电线圈运动的情况是（ ）
A、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向下运动
B、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向下运动
C、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动
D、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动
3、如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是（ ）
A、水平向左 B、水平向右 C、竖直向下 D、竖直向上
4、如图所示，一根通有电流I的直铜棒MN，用导线挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，此时两根悬线处于紧张状态，下列哪些措施可使悬线中张力为零（ ）
A、适当增大电流 B、使电流反向并适当减小
C、保持电流I不变，适当增大B D、使电流I反向，适当减小
5、一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是（ ）
A、减少表头线圈的匝数
B、增大表内的串联电阻
C、增强表头的永久磁铁的磁性
D、转紧表内的螺旋弹簧
6、如图所示两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）
A、F2 B、F1-F2 C、F1+F2 D、2F1-F2
二、填空题：
7、如图所示，通有电流的导体A可以自由运动，判断导线A受安培力的情况及在安培力作用下导线将如何运动。
8、在匀强磁场中，有一段5㎝的导线和磁场垂直，当导线通过的电流是1A时，受磁场人作用力是0.1N，那么磁感应强度B= T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B= T，导线受到的安培力F= N。
9、长为L的水平通电直导线放在倾角为的光滑的斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，若磁场方向竖直向上，则电流为I1时导线平衡，若磁场方向垂直于斜面向上，则电流为I2时导线平衡，那么样I1：I2= 。
三、计算题：
10、质量为0.5㎏的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
11、在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流为I、长为L、质量为m的导体棒，如图所示，试求：
⑴欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向
⑵欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值和方向
12、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦）
B类
1、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线（ ）
A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力
C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力
2、质量为m的金属导体棒置于倾角为 的导轨上，棒与导轨间的摩擦系数为，当导体棒通电时，恰能在导轨上静止，如图所示的四个图中标出了四种可能的匀强磁场的磁感应强度 B的方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是（ ）
3、质量为m的一段直导线弯成N形后放到光滑水平面上，具体尺寸如图所示，磁感受应强度为B的匀强磁场竖直向下穿过N形导线平面，当N形导线通入电流I的瞬间，导线的加速度大小为 。
4、有一金属棒ab，质量为m，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L，其平面与水平面的夹角为，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属棒与轨道的最大静磨擦力为其所受重力的k倍，回路中电源电动势为E，内阻不计，问：滑动变阻器R调节在什么阻值范围内，金属棒能静止在轨道上？
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