2024-2025学年沪科选修3-1 5.4 探究安培力 学案.docx

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1、5.4探究安培力学习目标1 .知道什么是安培 力.（重点）2 .知道左手定则的内 容，学会用左手定则 推断安培力的方 向.（重点）3 .驾驭用安培力公式 F=BIL解答有关问 题，通过安培力公式 的应用，培育空间想 象实力.（重点、难点）方向-左手定则大小F = BILsin = 90。，尸=BlL = 0o,F = 0自主预习探新知学问梳理一、安培力的方向1 .安培力磁场对电速的作用力称为安培力.2 .左手定则伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线穿王,使四指指向电速方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向.3 .安培力方向与磁场方向、电流方向的关系FYB,

2、FLI,即“垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面.二、安培力的大小1 .因素通电导体在磁场中受到的安培力的大小，跟导体的长度L、导体中的电流/、磁感应强度8都成正比.2 .计算公式(1)当电流方向与磁场方向垂直时，F=BIL.(2)当电流方向与磁场方向夹角为。时，F=BILsin0.(3)当电流方向与磁场方向平行时，F=Q.基础自测1.思索推断(正确的打“，错误的打X”.)(1)通电直导线在磁场中肯定受到安培力的作用.(X)(2)通电直导线在磁场中所受安培力的方向肯定跟电流的方向垂直.(J)(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向(J)(4)安培力的大小由电流强度、磁感应强度

3、两个因素确定(X)(5)将长度为L、电流强度为/的导体放入磁感应强度为B的磁场中，导体所受安培力的大小肯定是F=BIL(X)(6)通电导线放入磁场中不受安培力的作用，则通电导线肯定和磁场方向平行.)【提示】(I)X通电直导线与磁场方向平行时，不受安培力.(4)安培力的大小还跟导体长度有关.(5)只有在电流方向与磁场方向垂直时才有尸=8.2 .一根简单形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图中箭头所示.当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面对外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()DA图中/与8平行应不受安培力，故A错误，由左手定则知B、

4、C错误，D正确.3 .如图5-4-1所示，长为2的直导线折成边长相等，夹角为60。的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为8,当在该导线中通以电流强度为/的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()【导学号：69682264图5-4-1A.0B.0.5BlLC.BILD.2BILCV形通电导线的等效长度为,故安培力的大小为C正确.合作探究攻重难I考点1|安培力的方向与安培力作用下导体的运动1.安培力的方向(1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面，但3与/不肯定垂直.(2)已知/、B的方向，可唯一确定产的方向；已知R8的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定/

5、的方向；已知足/的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定.2.推断导体在磁场中运动状况的五种常用方法电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则推断每段电流元受力的方向，然后推断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向特别位置法通电导线转动到某个便于分析的特别位置时，推断其所受安培力的方向，从而确定其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.然后依据同极相斥、异极相吸或者依据同向电流相吸、反向电流相斥推断相互作用状况结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两不平行的直线电流相互

6、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或运动趋势的问题时，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作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向例1一个可以自由运动的线圈L和一个固定的线圈心相互绝缘垂直放置，旦两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图542所示的电流时，从左向右看，线圈LI将()图5-4-2A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸面内平动思路点拨：可采纳等效法，将心等效为小磁针，确定小产生的磁场后推断心受力运动状况.可采纳结论法，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.B方法一：等效分析法.把线圈Ll

7、等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流L2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该环形电流乙2的磁场方向，由安培定则知上产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L等效成小磁针，其N极应由纸里转为向上，所以从左向右看顺时针转动.方法二：利用结论法.环形电流L1、2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得Ll的转动方向应是：从左向右看顺时针转动.安培定则与左手定则的三点区分(1)用途不同：安培定则用于推断电流的磁场方向，即用于电生磁的状况，左手定则用于推断电流在磁场中的受力，即用于电流受力的状况.(2)所用手不同：安培定则用右手，左手定则用左手.(3)手型不同：安培定则四指弯曲，左手

8、定则手掌伸直.针对训练1 .(多选)如图所示，尸是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是()AD由左手定则可推断，选项B中安培力的方向向左，选项C中安培力的方向向下；选项A、D中安培力的方向如题图所示，选项A、D是正确的.2 .通有电流的导线Li、L处在同一平面(纸面)内，L是固定的，L可绕垂直纸面的固定转轴。转动(。为上的中心)，各自的电流方向如图5-4-3所示.下列哪种状况将会发生()【导学号：69682265)图5-4-3A.因乙2不受磁场力的作用，故心2不动8 .因山上、下两部分所受的磁场力平衡，故心不动C.上绕轴。按顺时针方向转动D.L绕轴。按逆时针方向转动D由右手螺旋定则可知

9、导线Li的上方的磁场的方向为垂直纸面对外，且离导线Ll的距离越远的地方，磁场越弱，导线乙2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O点的下方磁场较强，则安培力较大，因此2绕轴。按逆时针方向转动，D选项正确.2安培力的计算和平衡问题1 ./=BYsinO适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图5-4-4所示.图5-4-42 .同样状况下，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.3 .在非匀强磁

10、场中，只要通电直导线L所在位置的各点8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.4 .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.卜例闪在倾角0=30。的斜面上，固定一金属框架，宽L=0.25m,接入电动势E=12V、内阻不计的电源.在框架上放有一根水平的、质量7=O2kg的金也属棒它与框架的动摩擦因数为=6，整个装置放在磁感应强度B=0.8T的垂直框面对上的匀强磁场中（如图5-4-5所示）.当调整滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，框架与棒的电阻不计，=10ms2）图5-4-5思路点拨：将立

11、体图转换为平面图.推断安培力的方向，对导体棒受力分析.依据平衡条件求解.【解析】金属棒静止在框架上时，摩擦力的方向可能沿框面对上，也可能沿框面对下，须分两种状况考虑.当滑动变阻器R取值较大时，/较小，安培力F较小，在金属棒的重力分力mgsin9作用下，棒有沿框架下滑趋势，框架对金属棒的摩擦力沿框面对上(如图甲所示).金属棒刚好不下滑时满意平衡条件BL+mgcos夕一/ngsin 9=0得R=4.8BEL0.812X0,25sincsr,2lO(,5-当滑动变阻器R取值较小时，/较大，安培力尸较大，会使金属棒产生沿框面上滑的趋势.因此，框架对金属棒的摩擦力沿框面对下(如图乙所示).金属棒刚好不上

12、滑时满意平衡条件BL-mgcos0mgsin0=0得R17g(sin0+cos)14C所以滑动变阻器R的取值范围应为1.6CWRW4.8Q.【答案】1.6CWHW4.8C求解安培力问题的四个步骤(1)选定探讨对象：一般为磁场中的通电导线.(2)变三维为二维：方法是沿着或逆着电流方向视察，将一段有长度的导线看成一个没有长度的圆圈，圈内画“X”为顺着电流方向视察，圈内画表示逆着电流方向视察.(3)画出平面受力分析图：其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来推断，留意F安F.(4)依据力的平衡条件或牛顿其次定律列方程式进行求解.针对训练5 .如图5-4-6,一段导线abed位于磁感应强度大小为

13、B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面对里)垂直.线段儿和cd的长度均为L,且NabC=/bed=135。.流经导线的电流为/,方向如图中箭头所示.导线段Mcd所受到的磁场的作用力的合力()【导学号：69682266图5-4-6A.方向沿纸面对上，大小为（y+l）LBB.方向沿纸面对上，大小为Ni-I）ILBC.方向沿纸面对下，大小为（巾+1）/LBD.方向沿纸面对下，大小为（PTMLBA导线段Qbcd的有效长度为线段由几何学问知Lad=（啦+1），故线段HCd所受的合力大小F=ILdB=（也+1）ILB,导线有效长度的电流方向为afd,据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确

14、.6 .如图5-4-7所示，光滑导轨与水平面成。角，导轨宽为L匀强磁场磁感应强度为8.金属杆长也为L质量为相，水平放在导轨上.当回路总电流为/时，金属杆恰好能静止.求竖直向上的磁感应强度B的大小.图5-4-7【解析】磁场方向竖直向上，杆受力如图所示：金属杆的安培力F=ILB由平衡条件可得Fcos0=mgsin0解得B=皆乎.【答案】zgtan IL当堂达标固双基1 .如图所示各图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是（）A由左手定则知，A正确，B,C错误.在D图中，8与/平行，导线所受安培力为零.2 .（多选）一根长为0.2m电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强

15、磁场中，受到安培力的大小可能是（）A.0.4NB.0.2ND. 0C.0.1NBCD当磁感应强度B与通电电流/方向垂直时，安培力有最大值为产=L=0.520.2N=0.2N;当两方向平行时，安培力有最小值为0.随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在O与0.2N之间取值.3.如图5-4-8所示，电磁炮由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成.当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的放射速度.下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是()【导学号：69682267图5-4-8B要使电磁炮弹加速，则炮弹应受向右的安培力.由左手定则可知：磁场方向应为垂直纸面对外.B正确.4.如图5-4-9所示，在磁感应强度B=IT的匀强磁场中，用两根细线悬挂一长为IOCm,质量为0.05kg的金属导线.今在金属导线中通以恒定电流(g取10ms2)