磁场对电流的作用

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范文一:磁场磁场对电流的作用

第十章 磁场

考纲预览

71.电流的磁场 (I)

72.磁感应强度、磁感线、地磁场 (Ⅱ)

73.磁性材料、分子电流假说 (Ⅱ)

74.磁场对通电直导线的作用、安培力、左手定则 (Ⅱ)

75.磁电式电表原理 (I)

76.磁场对运动电荷的作用,洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动 (Ⅱ)

77.质谱仪,回旋加速器 (I)

说明:

1.安培力计算限于直导线跟B平行或垂直的两种情况

2.洛伦兹力的计算限于v跟B平行或垂直的两种情况

热点提示

1.电流的磁场

2.磁感应强度、磁感线

3.安培力、左手定则

4.洛伦兹力,粒子在磁场中的运动

5.对安培定则和左手定则的考查,以定性分析为主,如对电流产生磁场的判断、安培力作用下的运动、运动电荷在磁场中的受力等

6.带电粒子在有界磁场中的运动,是高考的热点和重点之一,此类问题很好地体现了“数理结合”思想,综合性强,能力要求高

7.带电粒子在复合场中的运动,是力学和电学的综合点,涉及的知识较多,解决时要注意力学知识及三大方法的渗透

8.理论联系实际,对一些应用类模型,如速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机等,应灵活应用所学知识、分析工作原理、推导相关物理量

磁场 磁场对电流的作用

一、磁场

1.磁场:磁极、电流和运动电荷周围存在的一种_______,其最基本的性质是对放入其中的_______、_______有力的作用.

2.磁场的方向:在磁场中的任一点,小磁针_____极受磁场力的方向,就是那一点的磁场方向(或小磁场静止时_____极所指方向).

3.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,曲线的_______表示该位置的磁场方向,曲线的_______能定性地描述磁场的强弱,这一系列曲线称为磁感线.磁感线不_______、不_______;磁感线是_______曲线(磁体外部由N→S,内部由S→N).

条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管形成的磁场的磁感线分布各有何特点?你能画一画吗?

4.地球本身也会在附近的空间产生磁场,叫做地磁场.地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:

(1)地磁场的N极在地球_______附近。S极在地球_______附近.

(2)地磁场B的水平位置Bx总是从地球_______指向地球_______;而竖直分量By在南半球垂直地面_______,在北半球垂直地面_______。

(3)在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度相等,且方向水平_______.

4.电流的磁场 安培定则

(1)三种典型的电流磁场:直线电流的磁场、环形电流的磁场、通电螺线管的磁场.

(2)电流产生的三种磁场的磁感线方向都是由_______判断.

说明:熟悉几种典型磁体、电流的磁场的磁感线分布,有助于快速、准确地分析和求解相关问题.

5.磁现象的电本质:磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由_______产生的。

二、磁感应强度

1.磁感应强度:在磁场中垂直磁场方向放置一小段长为L的通电直导线,磁场对通电导线的磁场力F与电流I和长度L乘积的比值,定义为该处的磁感应强度B,即B_______.

说明:①B_______为磁感应强度的定义式,磁感应强度B是由磁场_______性质决定的,

与磁场中是否存在_______及_______的乘积大小无关.

②磁感应强度B是矢量,其方向是小磁针静止时N极的指向.

磁感应强度的方向还可以怎样表述?与“EF”相类比,能不能说:“磁感应强度方向就q

是磁场中电流所受磁力方向”、“通电导线(I、L确定)受力大的地方,磁场一定强(B大)”?

③单位:特(T) 1T_______

2.匀强磁场:磁感应强度大小处处相等,方向处处相同的区域里的磁场叫做_______磁场。

3.匀强磁场的磁感线是分布均匀的_______.

磁场的叠加:空间如果同时存在两个或两个以上的电流或磁体在某点激发磁场,则该点的磁感应强度B是各电流或磁体在该点激发磁场的磁感应强度的_______.且满足_______.

三、磁场对电流的作用——安培力

1.安培力的大小:F_______(为I和B的夹角)

①当IB时(90),Fmax_______;

②当I//B时(0),Fmin_______.

2.安培力的方向:由左手定则判断

特点:安培力的方向总是垂直于___________________,即一定既和B垂直又和I垂直,如图所示.

3.应用:电流表的工作原理

通电线圈在_______分布的磁场中受到磁力矩的作用,线圈转动使螺旋弹簧被扭动,从而产生转动力矩,当两力矩平衡时线圈停止转动.

针最后平衡的位置是 ( )

A.N极竖直向上 B. N极竖直向下

C. N极沿轴线向左 D. N极沿轴线向右

[例2] 关于磁感应强度B,下列说法中正确的是 ( )

A. 磁场中某点B的大小,跟放在该点的试探电流元的情况有关

B.磁场中某点B的方向,跟该点处试探电流元所受磁场力方向一致

C.在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时,该点B值大小为零

D.在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大

[例3] 在纸面上有一个等边三角形ABC,其顶点处都通有相同电流的三根长直导线垂直于纸面放置,电流方向如图所示,每根通电导线在三角形的中心O产生的磁感应强度大小为B0则中心O处的磁感应强度大小为_______________.

[例4] 如图(a)所示,不在同一平面内的两互相垂直的导线,其中MN固定,PQ可以自由运动,当两导线中通入图示方向电流I1、I2时.导线PQ将 ( )

A. 顺时针方向转动,同时靠近导线MN

B. 顺时针方向转动,同时远离导线MN

C.逆时针方向转动,同时靠近导线MN

D.逆时针方向转动,同时远离导线MN

[例5] 如图,相距20 cm的两根光滑平行铜导轨,导轨平面倾角为37,上面放着质量为80 g的金属杆ab,整个装置放在B=0.2T的匀强磁场中.

(1)若磁场方向竖直向下,要使金属杆静止在导轨上,必须通以多大的电流.

(2)若磁场方向垂直斜面向下。要使金属杆静止在导轨上,必须通以多大的电流.

随堂训练

1.下图为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图,其工作原理类似打点计时器.当电流从电磁铁的接线柱a流入,吸引小磁铁向下运动时,以下选项中正确的是

( )

A.电磁铁的上端为N极,小磁铁的下端为N极

B. 电磁铁的上端为S极,小磁铁的下端为S极

C.电磁铁的上端为N极,小磁铁的下端为S极

D. 电磁铁的上端为S极,小磁铁的下端为N极

2.铁环上绕有绝缘的通电导线,电流方向如图所示,则铁环中心0处磁场方向为

( )

A. 向下 B.向上 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外

3.在图中,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时,磁针的S极向纸内偏转.这一带电粒子束可能是

( )

①向右飞行的正离子束

②向左飞行的正离子束

③向右飞行的负离子束

④向左飞行的负离子束

A. ①② B. ③④ C.②③ D.④

4.如图所示,正四棱柱abcd——a'b'c'd'的中心轴线OO'处有一无限长的载流直导线,对该电流的磁场,下列说法正确的是

( )

A.同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等

B.四条侧棱上的磁感应强度都相同

C. 在直线ab上,从a到b,磁感应强度是先增大后减小

D. 棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大

5.如图所示,一根通电直导线放在磁感应强度B=1T的匀强磁场中,在以导线为圆心,半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点,若a点的实际磁感应强度为0,则下列说法中正确的是

( )

A. 直导线中电流方向是垂直纸面向里

B.c

点的实际磁感应强度也为

C.d点实际磁感应强度为2T,方向斜向下,与B夹角为45°

D. 以均不正确

6.如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,当导线通以如图所示方向电流时 ( )

A. 磁铁对桌面的压力减小,且受到向左的摩擦力作用

B.磁铁对桌面的压力减小,且受到向右的摩擦力作用

C.磁铁对桌面的压力增大,且受到向左的摩擦力作用

D. 磁铁对桌面的压力增大,且受到向右的摩擦力作用

7.如图所示,两个完全相同的圆形扁平线圈套在一个光滑的圆柱体上可自由移动,当大小不同的电流按图示的方向通入线圈中时,两线圈的运动情况是 ( )

A. 都绕这个圆柱体转动

B.彼此相向平动,且电流大的加速度大

C.彼此反向平动,电流大的加速度大

D. 彼此相向平动,两线圈的加速度大小相等

8.如图所示,倾角30的光滑导电轨道,两轨平行且相距L=20cm.轨道上端接有一电动势E=3V,内阻r0.5的电源.轨道上放置一根质量m=30g,电阻R=1.5Ω的金属棒MN.为使MN静止在轨道上,加一匀强磁场.

(1)所加磁场的最小磁感强度B是多少?方向怎样?

(2)B的大小、方向如何时,MN对轨道的压力最小?

范文二:磁场对电流的作用

第四节

(一)教学目的

1.知道磁场对通电导体有作用力。

2.知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感线方向有关,改变电流方向或改变磁感线方向,导体的受力方向随着改变。

3.知道通电线圈在磁场中转动的道理。

4.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。

5.培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。

(二)教具

小型直流电动机一台,学生用电源一台,大蹄形磁铁一块,干电池一节,用铝箔自制的圆筒一根(粗细、长短与铅笔差不多),两根铝箔条(用透明胶与铝箔筒的两端相连接),支架(吊铝箔筒用),如课本图12-10的挂图,线圈(参见图12-2),抄有题目的小黑板一块(也可用投影片代替)。

(三)教学过程

1.引入新课

--电动机。

--电流周围存在磁场,电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力(如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动)。根据物体间力的作用是相互的,电流对磁体施加力时,磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。

2.进行新课

(1)通电导体在磁场里受到力的作用

(参见课本中的图12-9)。用铝箔筒作通电导体是因为铝箔筒轻,受力后容易运动,以便我们观察。

1:用一节干电池给铝箔筒通电(瞬时短路),让学生观察铝箔筒的运动情况,并回答小黑板上的题1:给静止在磁场中的铝箔筒通电时,铝箔筒会_____,这说明_____。

1.通电导体在磁场中受到力的作用。〉

(2)通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关

2:先使电流方向相反,再使磁感线方向相反,让学生观察铝箔筒运动后回答小黑板上的题2:保持磁感线方向不变,交换电池两极以改变铝箔筒中电流方向,铝箔筒运动方向会______,这说明______。保持铝箔筒中电流方向不变,交换磁极以改变磁感线方向,铝箔筒运动方向会______,这说明______。

2的结论并板书:〈2.通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。〉

(3)磁场对通电线圈的作用

(磁极用两堆书代替),并出示如课本上图12-10的挂图(此时,图中还没有标出受力方向)。

ab边和cd边都在磁场中,都要受力,因为电流方向相反,所以受力方向也肯定相反。提问:你们想想看,线圈会怎样运动呢?

3:将电动机上的电刷、换向器拆下(实质是线圈)后通过,让学生观察线圈的运动情况。

ab和cd边的受力方向。

3.通电线圈在磁场中受力转动,到平衡位置时静止。〉

(4)讨论

①教材中的"想想议议"。

②小黑板上的题3:通电导体在磁场中受力而运动是消耗了______能,得到了______能。

3.小结:板书的四条结论。

4.作业 (思考题):电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而转动的道理工作的。但实际制成电动机时,还有些问题需要我们解决,比如:通电线圈不能连续转动,而实际电动机要能连续转动,这个问题同学们先思考,下节我们研究。

(四)说明

1.受力方向与电流方向和磁感线方向垂直,这一点不能从实验直接得到(因为运动方向并不一定是受力方向),且与后面学习联系不大,本教案没讲这一点。

2.教案最后的思考题是为下节学习作准备。

范文三:8.2磁场对电流的作用a

8.2 磁场对电流的作用 预习导学案

班级: 姓名: 学号:

题型一、安培力大小的计算及其方向的判断

【例1】如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )

A.方向沿纸面向上,大小为(2+1)ILB

B.方向沿纸面向上,大小为(2-1)ILB

C.方向沿纸面向下,大小为(2+1)ILB

D.方向沿纸面向下,大小为(2-1)ILB

【例2】电磁轨道炮工作原理如图所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比.通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是( )

A.只将轨道长度L变为原来的2倍

B.只将电流I增加至原来的2倍

C.只将弹体质量减至原来的一半

D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变

题型二、安培力作用下导体运动方向的判定

【例3】如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图方向的电流后,判断线圈如何运动?

题型三、安培力作用下通电导体的平衡问题

1.解决有关通电导体在磁场中的平衡问题,关键是受力分析,只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力.

2.画好辅助图(如斜面),标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键.

3.由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间,所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图.

1

【例4】 如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40 m,金属导轨所在平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在的平面内,分布着磁感应强度B=0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源.现把一个质量m=0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 Ω,金属导轨电阻不计,

g取10 m/s.已知sin 37°=0.60,cos 37°=0.80,求:

(1)通过导体棒的电流;

(2)导体棒受到的安培力大小;

(3)导体棒受到的摩擦力.

【例5】水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,它们之间的宽度为L,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻).现垂直于导轨搁一根质量为m,电阻为R的金属棒ab,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方,如图16所示,问:(1)当ab棒静止时,受到的支持力和摩擦力各为多少?

(2)若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少?此时B的方向如何?

2 2

范文四:8.2磁场对电流的作用b

8.2 磁场对电流的作用 当堂检测

班级: 姓名: 学号:

1.一根容易形变的弹性导线,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向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是(

)

2.如图所示,abcd四边形闭合线框,a、b、c三点坐标分别为(0,

L,0),(L,L,0),(L,0,0),整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁

场中,通入电流I,方向如图所示,关于四边形的四条边所受到的

安培力的大小,下列叙述中正确的是( )

A.ab边与bc边受到的安培力大小相等 B.cd边受到的安培力最大

C.cd边与ad边受到的安培力大小相等 D.ad边不受安培力作用

3.在如图所示电路中,电池均相同,当电键S分别

置于a、b两处时,导线MM′与NN′之间的安培力的

大小为Fa、Fb,可判断这两段导线( )

A.相互吸引,Fa>Fb

C.相互吸引,FaFb D.相互排斥,Fa

4.如图10所示,用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN,电流I方向从M到N,绳子的拉力均为F.为使F=0,可能达到要求的方法的是

( )

A.加水平向右的磁场 B.加水平向左的磁场

C.加垂直纸面向里的磁场 D.加垂直纸面向外的磁场

5.如图所示,两根间距为d的垂直光滑金属导轨间接有电源E,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°.金属杆ab垂直导轨放置,导轨与金属杆接触良好.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中.当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态.要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是( )

A.增大磁感应强度B

B.调节滑动变阻器使电流减小

C.增大导轨平面与水平面间的夹角θ

D.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变

6.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根竖直放置的平行导轨AB、CD,导轨上放有质量为m的金属棒MN,棒与导轨间的动摩擦因数为μ,现从t=0时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流强度与时间成正比,即I=kt,其中k为恒

量.若金属棒与导轨始终垂直,则如图所示的导体棒所受的摩擦力随

时间变化的四幅图中,正确的是(

)

7.如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m,质量为6×10 kg的通电直导线,电流强度I=1 A,方向垂直于纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,方向竖直向上的磁场中.设t=0时,B=0,则需要多长时间,斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s)

8.如图所示,PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨,相距L=1 m.PM间接有一个电动势为E=6 V,内阻r=1 Ω的电源和一只滑动变阻器.导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=0.2 kg,棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连,物体的质量M=0.3 kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2 T,方向竖直向下,为使物体保持静止,滑动变阻器连入电路的阻值为多大?设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,导轨与棒的电阻不计.(g取10 m/s)

22-2

8.2 磁场对电流的作用 参考答案

例1 A [ad间通电电流的有效长度为下图中的虚线L′=(2+1)L,电流的方向等效为由a沿直线流向d,所以安培力的大小F=BIL′=(2+1)ILB.根

据左手定则可以判断,安培力方向沿纸面向上,选项A正确.]

[规范思维] 对于弯曲导线所受安培力的分析要先找出“等效

长度”及“等效电流方向”.

例2 BD [通电的弹体在安培力作用下加速运动,F安=BId,B=kI,故F 安∝I,根据

12动能定理F安L=mv得v∝I2

式v=2aL,也可得出v∝I22L,故选项B、D正确,选项A、C错误.或根据运动学公mL.] m

例3 解析 解法一 电流元法

首先将圆形线圈分成很多小段,每小段可看做一直线电流,

取其中上、下两小段分析,其截面图和受安培力情况如图甲所

示.根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动.

解法二 等效法

将环形电流等效成一条形磁铁,如图乙所示,据异名磁极

相吸引知,线圈将向左运动.同时,也可将左侧条形磁铁等效

成一环形电流,根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排

斥”,又可得到相同的答案.

E例4 解析 (1)根据闭合电路欧姆定律I==1.5 A R0+r

(2)导体棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N

(3)导体棒受力如图所示,将重力正交分解F1=mgsin 37°=0.24 N

F1

解得Ff=0.06 N

例5. 解析 :从b向a看侧视图如图所示.

(1)水平方向:F=F安sin θ①

E

竖直方向:FN+F安cos θ=mg② 又F安=BIL=B

R

BLEcos θBLEsin θ联立①②③得:FN=mg-F=. RR

(2)使ab棒受支持力为零,且让磁场最小,可知安培力竖直向上.则有F安=mg

mgRBmin=,根据左手定则判定磁场方向水平向右. EL

检测案:

1.D [通电导线在磁场中受安培力时,用左手定则判断安培力的方向.]

2.B [根据左手定则,ab边受到的安培力大小为Fab=BIab,bc边平行于磁场方向受力为零,故A错;ad边受到安培力大小为Fad=BIOd,故D错;cd边受到的安培力大小为Fcd=BIcd,故B正确,C错.]

3.D [解法一 由题图可知,无论电键是置于a还是b.导线中的电流均为M′M和NN′,由安培定则M′M在NN′处产生的磁场为垂直板平面向上,由左手定则可知NN′受到的力向外.即这两段导线相互排斥;电键置于a、b两处时,b的电流较大,所以有Fa

解法二 同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,所以A、C错误,再有开关置于b处时有两个电池,它的电压较大、电流较大,相互作用力也较大,所以B错误,D正确.]

4.C [要使F=0,则导线受安培力向上,且F安=mg,由左手定则可知,选项C正确.]

BEd5.A [对金属杆受力分析,沿导轨方向:-mgsin θ=0,若想让金属杆向上运动,R

则BEdA项正确,B项错误;若增大θ,则mgsin θ增大,C项错误;若电流反向,R

则金属杆受到的安培力反向,D项错误.]

6.C [当Ff=μBIL=μBLktmg时,棒沿导轨向下减速;在棒停止运动前,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为:Ff=μBLkt;当棒停止运动时,摩擦力立即变为静摩擦力,大小为:Ff=mg,故选项C正确.]

7.解析.斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示.由平衡条件

FTcos 37°=F①

FTsin 37°=mg②

mg由①②解得:F,代入数值得:F=0.8 N tan 37°

F0.8由F=BIL得:B T=2 T IL1×0.4

B与t的变化关系为B=0.4t.所以t=5 s.

8.解析 导体棒受到的最大静摩擦力为Ff=μFN=μmg=0.5×0.2×10 N=1 N 绳对导体棒的拉力F拉=Mg=0.3×10 N=3 N

导体棒将要向左滑动时BImaxL=Ff+F拉,Imax=2 A

E6由闭合电路欧姆定律Imax==得Rmin=2 Ω Rmin+rRmin+1

导体棒将要向右滑动时Ff+BIminL=F拉, Imin=

1 A

E6由闭合电路欧姆定律Imin==得Rmax=5 Ω Rmax+rRmax+1

滑动变阻器连入电路的阻值为2 Ω≤R≤5 Ω

范文五:磁场对电流的作用2

磁场对电流的作用

【课时安排】 1 课时

【仪器材料】

蹄形磁铁、光滑的平行金属轨道、金属棒、学生电源、通电矩形线圈转动演示仪、换向器

【教学目标】

一、知识与技能

1 .知道磁场方向、电流方向、受力方向三者之间的关系;

2.知道磁场对通电线圈有力的作用;

3.理解换向器的作用;

4.知道直流电动机的工作原理。

二、过程与方法

1.通过对影响通电直导线在磁场中受力方向的因素的猜想,逐渐学会根据现象科学、大胆地猜想;

2.通过验证影响通电直导线在磁场中受力方向因素的实验设计,进一步理解并掌握控制变量法;

3.通过对通电线圈在磁场中受力而转动这个现象的分析,逐渐学会用动态的观点去解释一个物理过程。

【重点和难点】

重点: 磁场方向、电流方向、受力方向三者之间的关系;

难点:换向器的作用。

【教学过程】

一、通电直导线在磁场中受力吗

1.问题: 磁体与磁体之间有力的作用,通电的导线和磁体之间有力的作用吗?

2.实验演示:

(1) 将没有通电的金属棒(铜棒或铝棒)放在磁场中;

(2) 给金属棒通电。

3.问: 实验现象说明了什么?

4. 总结:实验说明通电直导线在磁场中会受到力的作用,这个力是磁场施加的,金属棒在磁场力的作用下发生运动。

思考:观察实验现象:不通电的金属棒不运动,通电的金属棒在金属导轨上运动。

讨论、回答:通电的金属棒在磁场中受到了力。

二、通电直导线在磁场中受力的方向和哪些因素有关

问题: 金属棒在磁场中受力的方向和哪些因素有关呢?

提示: (1)如何改变电流的方向?

(2)如何改变磁场的方向?

总结: 通电直导线在磁场中的受力方向、磁场方向、导线中的电流方向,三者满足左手定则。

用控制变量法操作实验,验证实验。

三、矩形线圈在磁场中的受力

1.问题: 通电的矩形线圈在磁场中是如何运动的?

2.演示: 出示通电矩形线圈转动演示仪,请学生分析以下几种情况下通直流电后矩形线圈的各边在磁场中的受力方向,及受力后线圈的整体运动情况。 (1)线圈平面与磁场方向垂直;

(2)线圈平面转动 90°。

3.肯定学生的分析,并作小结。

4.问: 通直流电后,线圈在磁场中能够持续转动下去吗?

5.演示: 我们用换向器可以让通直流电的线圈在磁场中持续转动。结合视频资料,介绍换向器的结构及其工作原理。

6.工作原理: 利用换向器改变线圈中的电流方向,从而保证线圈持续转动。 用左手定则分析矩形线圈各边的受力方向,并根据受力判断线圈的整体运动情况。

根据刚才的分析判断:不能持续转动。

动态地分析线圈的转动情况,理解换向器的工作原理。

四、生活中的电动机

1.电动机的优点简介。

2.请学生举出生活中所用到的电动机,如电风扇、洗衣机、空调、潜水泵、起重机、机床、电力机车、汽车等。

举出电动机的例子,体会物理就在身边。

五、课后练习

调查自己的身边有哪些机械设备利用了电动机作为动力。

范文六:磁场对电流的作用6

磁场对电流的作用

一、教法建议

抛砖引玉

在本单元教材中,有不少内容是在高二物理课本(第二册、必修)中讲述过的,高三再次学习的主要目的是在原有的基础上进行补充和提高。面对这种情况,我们建议:

1.对于下列在高二已经学过的内容,通过阅读→提问→总结的方式进行复习巩固,为增补新知识奠定基础。

总结的主要内容:磁场的概念,磁感应强度,磁力线和磁通量,磁现象的电本质,电流的磁场和安培定则,磁场对电流的作用和左手定则,„„

2.对于下列高三选修教材中增被的内容,要进行重点的阐述,并通过练习以提高学生处理问题的能力。

主要内容如下:

①“磁感应强度”的文字定义、数学表达和单位关系

文字定义:在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线,受到的磁场的作用力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值,叫做通电导线所在处的“磁感应强度(B)”。

数学表达式:

单位关系:1特斯拉=1牛顿 安培米

磁感应强度B是矢量,B 的方向指出了该处的磁场方向。

②“磁通密度”的概念、性质和单位

这项内容是在复习好“磁力线”和“磁通量”的基础上进行的。

磁力线 疏密——反映磁感应强度的大小

方向——表示磁感应强度的方向

概念——穿过某一面积的磁力线条数 磁通量公式——BS(S为与B垂直的平面面积)

单位——1韦伯=1特斯拉×1米2

由“磁通量” BS引出“磁通密度”:

B

S其单位为1特斯拉1韦伯

米

阐明“磁通密度”与“磁感应强度”是同一个物理量的两个名称。一般来说,在“电工学”中常用“磁通密度”这一技术性的名词;在物理学中较多使用“磁感应强度”这一理论性的名词。

③“发培力”的概念、计算和方向

在高二物理(第二册、第三章)中只是定性地描述了“通电导线在磁场里要受到力的作用”,但是没有给出这种力的名称和计算公式。

在高三物理(第三册、第七章)中对此作了增补,明确地提出了“安培力”这一名词,可以板书形式总结如下:

概念——通电导线在磁场中受到的作用力 公式——FIlBsin。(是I与B垂直的平面面积)

方向——用“左手定则”判断

(注1:我们用I表示电流的方向,不同于一般所说的矢量。)

(注2:当电流方向与磁感应强度方向垂直时,即 =90°则:F=IlB。)

通过解答力、电、磁综合问题,提高学生的分析思维能力。

由于高二物理只定性的说明了“磁场对电流的作用”,而没有定量地讲述“安培力”,所以不能要求学生解答有关的计算题。

现在高三物理中已经学习了F=IlBsin,就可以要求学生把力学、电学和磁场的知识联系起来解答有关的综合问题了。

指点迷津

1.“磁力线”和“电力线”有什么相似点和不同点?

磁力线和电力线有以下一些相似点:

①磁力线和电力线都是为了形象化地表现磁场或电场的分布情况而引入的一些假想的曲线(有些情况是直线),它们只是为了科研的方便,而不是在场中实际存在的线。

②磁力线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小;电力线的疏密程度可以形象地表示电场强度的大小。

③磁力线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同,也就是跟该点的磁感应强度方向一致;电力线上任一点的切线方向都跟该点的电场方向相同,也就是跟该点的电场强度方向一致。

(注:切线是一条直线,它有两个指向,对于磁力线和电力线又是怎样唯一地确定呢?对于磁力线以小磁针静止时北极的指向为磁场方向;对于电力线以正电荷所受电场力的指向为电场方向)。

磁力线和电力线的不同点是:

磁力线是闭合曲线——在磁体(水磁体或电磁体)的外部磁力线是从极出来进入南极的,在磁体的内部是从南极指向北极的,构成闭合曲线。通电直导线周围的磁力线是同心圆形的。

静电场中的电力线有起点和终点——电力线从正电荷发出,终止于负电荷。

(注1:对于理想的弧立的正点电荷发出的电力线指向无穷远处;对于理想的弧立的负点电荷则是由无穷远处的电力线终止于负电荷。)

(注2:由磁场的变化所产生的涡旋电场,电力线是没有起点和终点的封闭曲线。例如振荡电路发出电磁波的过程就是这种情况。)

(注3:磁力线和电力线的其它一些性质由于超出了中学物理的教学范围,不在此讲述了。)

2.“电场力“和”磁场力”有什么不同的性质?

我们可以从受力对象、力的大小和变化、力的方向判定三个方面来进行说明。

①受力对象

“电场力”是作用在处于电场中的电荷上的。无论电荷原来是静止的还是运动着的,只要到了电场中都会受到这种力的作用。

“磁场力”是一个笼统的概念,具体地说它包括“安培力”和“洛伦兹力”。

通电导体在磁场中受到的作用力,叫做“安培力。”未通电的导体不会受到这种力的作用;通电导体的电流方向跟磁场方向平行时也不会受到这种力的作用。

运动电荷在磁场中受到的作用力,叫做“洛伦兹力”。静止的电荷不会受到这种力的作用;电荷的运动方向跟磁场方向平行时也不会受到这种力的作用。

②力的大小和变化

“电场力”的大小可以用F=qE来计算。电量为q的电荷在匀强电场中所受的电场力F是不变的,在非匀强电场中由于各处的场强E不同,所以电荷在不同位置所受的电场力也随之变化。电场力的大小与电荷的运动状态无关。

“安培力”的大小可以用F=IlBsinθ来计算。力的大小是由导线中的电流I、导线的长度l、磁场的磁感应强度B、电流方向与磁场方向间的夹角θ所共同决定的,因此即使在匀强磁场中对于I和l都一定的通电导线,当导线转动而造成θ角变化时,安培力的大小也会发生变化。

关于“洛伦兹力”的大小和变化,我们将在下一个单元中讨论。

③力的方向判定

“电场力”的方向是与“电场强度”的方向平行的——正电荷在电场中所受电场力的方向与电场强度的方向相同;负电荷在电场中所受电场力的方向与电场强度的方向相反。

“安培力”的方向可以用左手定则来判定——伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁力线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向电流的方向,那么,拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受的安培力的方向。由引可知:“安培力”的方向是与“磁感应强度”的方向垂直的。

关于“洛伦兹力”的方向判定,我们将在下一个单元中讲述。

二、学 海 导 航

思维基础

例题1.如图7-1所示,一矩形通电线框abcd可绕其中心轴OO′转动,它处在与OO′垂直的匀强磁场中,在磁场作用下线框开始转动,最后静止在平衡位置,则平衡后:

(A)框四边都不受磁场的作用力。

(B)线框四边受到指向线框外部的磁场作用力,

但合力为零。

(C)线框四边受到指向线框内部的磁场作用力,

但合力为零。

(D)线框的一边受到指向线框外部的磁场作用

力,另一边受到指向线框内部的磁场作用力,但合力

为零。

答:[ ] 图 7-1

思维基础:解答本题需要学生在理解的基础上掌

握下列的知识与技能。

1.能够熟练地运用左手定则判定通电线框四边各受的安培力和方向——由于四边中的电流方向各不相同,所以所受安培力的方向也各不相同。

2.能够分析出线框最后静止的平衡位置——在看后面的“解题思路”之前,请你先思考:图7-1所画的是线框最后的平衡位置吗?如果不是,则线框的平衡位置应在何处?

解题思路:

1.首先明确——图7-1所示位置不是线框最后静止的平衡位置,而是线框所受“力矩”最大的位置,此时线框要绕OO′轴转动。

2.当线框abcd的平面转到与磁力线

垂直的位置时才处于受力平衡状态。

3.用左手定则判定线框在平衡位置时四边各受的安培力的方向。就能选出本题

图 7-2

的正确答案。为了便于读者理解,我们画了图7-2之(1)和(2),其中图(1)是前视图,这时线框ab边挡住了线框cd边,所以不易看清楚。图(2)是由左向右看的侧视图,可看到线框的四个边,但磁力线只能以“”来表示了,四边上标出了电流方向,也画出了用左手定则所判定的各边所受安培力的方向。由图(2)就清楚地看出(B)是正确的答案。(读者看过这段文字后若仍不十分理解,可以用铁丝作一线框进行模拟演示就会明白的。)

答案:[ B ]

学法指要

例题2. 如图7-3所示:MN是一根质量为0.02千克、长度为0.4米的导体棒。用两根等长的细线悬挂在磁感应强度为0.4特的匀强磁场中。要使细线的拉力为零(即没有拉力),则导体棒中需要通过什么方向的、强度多大的电流?(可以忽略细线的质量;g取10米/秒2。)

启发性问题:

1.导体棒MN在什么通电条件下才可以使悬挂它的细线不受

拉力?

2.用什么方法可以判定通电导体在磁场中所受的安培力方

向?在本题中,当有M→N方向的电流通过异体棒时将受到什么

方向的安培力?当有N→M方向的电流通过体棒时将受到什么方

向的安培力?

3.你能画出导体棒在没有电流通过时的受力平衡示意图吗?

7-3 4.你能画出满足悬挂细线不受拉力的条件下通电导体棒MN

的受力平衡示意图吗?

分析与说明:

1.当导体棒MN内有流通过时,若受到与其重力大小相等、方向相反的安培力,则悬挂导体棒的细线就不受拉力。为满足上述的条件,就必须对导体棒内电流的大小和方向有严格的要求,这正是本题要求解答的内容。

2.用“左手定则”可以判定在磁场中的通电导体所受的安培

力方向。在本题中:

当有M→N方向的电流通过导体棒时将受到向上的安培力的

作用。

当有N→M方向的电流通过导体棒时将受到向上的安培力的

作用。(注:在此情况下,不但不可能使细线不受拉力,而且还会

使细线所受的拉力增大。)

3.导体棒可没有电流通过时,它是在两根悬线的向上拉力与所受向下的重力共同作用下达到平衡的,如图7-4所示。图中的mg是重力,T表示每根悬棒细线对棒的拉力(棒对细线有大小相等方向相反的反作用力),由于两根悬线是等长县对称分布的,所以T与mg的大小关系应为T=mg(或T+T=mg)。

4.当导体棒中有M→N方向的电流通过,并且电流强度的大小

适当,就可使导体棒在磁场中所受的安培力与其重力大小相等方向

相反而处于平衡状态,如图7-5所示。此时两根悬挂导体棒的细线

就都不受拉力了。图中的F表示安培力,导体棒中的箭头表示电流

的方向,至于电流强度的数值就需进行下面的定量计算了。

求解过程:

当安培力F=IlB

(因电流方向与磁感应强度方向垂直,所以

7-5 12

sin=1可以不写)与重力mg大小相等时,可以写出下式:

IlB=mg

Img0.02101.25(安) lB0.40.4

答案:要使细线的拉力为零(即没有拉力),则导体棒中需要通过由M→N方向的、强度为1.25安的电流。

思维体操

例题3. 如图7-6所示,一细导体杆弯成四个拐角均为直角的平面折线,其ab、cd段长度均为l1,bc段长度为l2,弯杆位于竖直平面内,oa、d o段由轴承支撑沿水平放置,整个弯杆置于匀强磁场中,磁场方向竖直向上,磁感应强度为B,今在导体杆中沿abcd通以大小为I的电流,此时导体杆受到的安培力对O O轴的力矩大小等于多少?

“准备活动”(解题所需的知识与技能):

1.本题是涉及“安培力”与“力矩”计算的小综

合题。在物理习题中,有些题目表面看来似乎很繁难,

但是一经分析却是比较简易的,本题就属于这一种,

练习这种题目可使学生不被表面现象所迷惑。

2.解答本题所需用的公式有:

安培力F=IlB(通电导线与B垂直sin=1 )

图 7-6 力矩M=FL(L是力臂)

3.在本题中,导体杆bc段受安培力作用,其长

度为 l2。此时(应指图7-6所示的位置)作用在bc段上的安培力对oo轴的力臂为l1。

“体操表演”(解题的过程):

导体杆bc段所受的安培力大小等于:

F=Il2B ①

导体杆肥到的安培力对oo轴的力矩大小等于:

M=Fl2 ②

将①式代入②式就可得到本题的答案:

M= Il2Bl1= IBl1l2

“整理运动”(解题后的思考):

1.你解答本题时感到困难吗?如果先不看答案你解答本题用了几分钟?(说明:如果不感到困难,而且在3分钟左右的时间就解出了正确答案,就说明你已经比较熟练地掌握了上述的知识。)

2.如果本题还已知了导体杆ab、bc、cd三段所受的重力,那么你能根据力矩平衡的知识求出导体杆平衡静止时的位置吗?(说明:①需用偏转的角度来表达。②目前高中物理对定轴转动物体的力矩平衡问题已不作明确要求,因此不会解答这类问题也没有关系,以后升入大学时就会学习的。)

三、智能显示

心中有数

1.磁场的方向

(1)磁场方向的规定:在磁场中某一点,小磁针静止时北极所指的方向,或小磁针北极所受磁场力的方向,规定为该点的磁场方向。

磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。

(2)电流产生的磁场方向的判定,应用安培定则判定。

2.磁感应强度:表示磁场强弱和方向的物理量

(1)定义式:B=F/I.l(I垂直B)

(2)大小:B的大小由磁场本身决定,跟F和It无关,可用B=F/Il计算;

(3)方向:B的方向就是磁感线的切线方向。

3.磁通量:表示穿过某一线圈面积的磁感线条数多少的物理量。

(1)计算公式:若磁感应强度与线圈平面的夹角为a时, =Bssina。当a=90°磁通量最大=BS;当a=0°=0

(2)磁通密度:单位面积上的磁通量,若磁感应强度与线圈平面垂直BS/S=B,由盯可知,磁通密度在数值上等于磁感应强度。

4.磁场对通电导线的作用力

(1)安培力的大小:F=BI/som与I的夹角)

(2)安培力的方向:用左手定则判定。

动脑动手

(一)选择题

1.磁场和电场相比,下列说法正确的是

A.电场对静止或运动电荷都有力的作用 B.磁场对静止或运动电荷都有力的作用

C.磁场只对运动电荷有力的作用 D.电场只对运动电荷有力的作用

2.如图7-7所示,A为电磁铁,C为胶木秤盘,A和C(包括支架)的总质量为M,B为铁片,质量为m,整企个装置用轻绳悬挂于O点。当电磁铁通电,铁片被吸引上升的过程中,轻绳上拉力F的大小为

A.F=Mg B.Mg

C.F=(M+m)g D.

F>(M+m)g

图7-7 图7-8

3.如图7-8所示,通电矩形线框abcd与无限长通直导线MN在同一平面内,ab边与MN平行,电流方向如图,关于MN的磁场对矩形线框的作用,下列叙述正确的是

A.线框有两条边所受的安培力方向相同

B.线框有两条边所受的安培力大小相同

C.线框所受安培力的合力方向朝左

D.cd边所受安培力对ab边的力矩不为零

4.如图7-9所示,一矩形通电线框abcd可绕其中心轴OO转动,它处在与OO垂直的匀强磁场中,在磁场作用下线框开始转动,最后静止在平衡位置,则平衡后

A.线框四边都不受磁场的作用力

B.线框四边受到指向线框外部的磁场作用力,但合力为零

C.线框四边受到指向线框内部的磁场作用力,但合力为零

D.线框的一对边受到指向线框外部的磁场作用力,另一对边受到指向线框内部的磁场作用力,但合力为零

图 7-9

图 7-10

5.如图7-10所示,一位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动,

线圈四个边分别与x、y轴平行,线圈中电流方向如图。当空间加上如下所

述的哪种磁场时,线圈会转动起来?

A.方向沿x轴的恒定磁场 B.方向沿y轴的恒定磁场

C.方向沿z轴的恒定磁场 D.方向沿z轴的变化磁场

6.如图7-11所示,两根相互平行的长直导线位于图中纸面内,导线中

通有大小相等、方向相反的电流,导线a、b所受的安培力Fa、Fb 的方向是

A.Fa向左,Fb向右,

B.Fa向左,Fb向左

C.两力都垂直纸面,Fa向里,Fb向外

D.两力都垂直纸面,Fa向外,Fb向里

7.如图7-12所示,abcd是一竖直的矩形导线框,线框面

积为S,放在磁感应强度为B的均匀水平磁场中,ab 边

在水平面内且与磁场方向成60°角。若导线框中的电流

为I,则导线框所受安培力对某竖直的固定轴的力矩等于

A.IBS

B.IBS/2

C.3 IBS/2

D. 由于导线框的边长及固定轴的位置未给出,无法确

定 图

7-12

8.关于磁场和磁感线的下列说法中正确的是

A.在磁场中,小磁针的N极受力的方向就是磁场的方向

B.磁体的磁感线起于N极,止于S极

C.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同

D.磁感线的疏密可以表示磁场的强弱

9.如图7-13所示,A是一个通电圆环,MN是一段直导线,它水平

地放在环中并与环共面。当有电流I从N流向M时,MN所受的安培力

的方向是

A.沿纸面向上 B.沿纸面向下

C.垂直于纸面向外 D.垂直于纸面向内

10.下列单位与磁感应强度单位一致的是

图 7-13 图

7-11

A.Wb/s2 B.N/A·m C.N/c·m

D.kg/A·S2

11.如图7-14所示,一个边长为L的正方形导线框,放在磁感应

强度为B的匀强磁场中,线框平面与磁场垂直。当线框中电流强度为

I时

A.磁通量为BL2,磁力矩为BIL2

B.磁通量为零,磁力矩为BIL2

C.磁通量为BL2,磁力矩为零

7-14 D.磁通量为零,磁力矩为零

12.如图7-15所示,在用软线悬挂的圆形线圈近旁有一水平放置

的条形磁铁,线圈平面与磁铁的中轴线重合。当线圈通以顺时针方向的电流后

A.线圈向左摆动靠近磁铁

B.线圈向右摆动靠近磁铁

C.从上往下看,线圈顺时针转动,同时靠近磁铁

D.从上往下看,线圈逆时针转动,同时靠近磁铁

图 7-15 图 7-16

13.两条直导线互相垂直放置,相隔很小的距离,其中ab导线是固定的,导线cd可以自由移动。当两条导线通入如图7-16所示的电流后,导线cd将

A.保持不动

B.沿逆时针方向转动,同时靠近导线ab

C.沿逆时针方向转动,同时靠近导线ab

D.沿顺时针方向转动,同时靠近导线ab

14.一个闭合导线环,在它的中心垂直于环所在平面放一个通电长螺

线管,如图7-17所示。要减小穿过闭合导线环的磁通量,下列做法可行

的是

A.增大能电螺线管的电流 B.减小通电螺线管的电流

C.增大导线环的面积 D.减小导线的面积

15.通电矩形线圈放在匀强磁场中,线圈平面与磁感线平行时,它受

到的电磁力矩为M,要使线圈受到的电磁力矩为M/2,可以采取的措施是 图 7-17

A.保持线圈大小不变,减匝数减小一半

B.保持线圈的匝数不变,将线圈的长和宽都减半

C.将线圈绕垂直于磁感线的轴线转过60°

D.将线圈绕垂直于磁感线的轴线转过30°

16.用图7-18所示的天平可以测出线圈ab边所在处匀

强磁场的磁感应强度B的大小,设ab边水平,长度为L,

通以由a向b的电流I时,左盘中砝码的质量为m1,

天平平

7-18

衡。现将电流方向改变为由b向a时,天平左盘中砝码的质量为m2时,天平才平衡。可知被测磁场的磁感强度为

A.(m1+m1)g/IL B.(m1-m1)g/IL

C.(m1+m1)g/2IL D.(m1-m1)g/2IL

(二) 填空题

17.物理学家安培,从奥斯特实验得到启发,提出了著名

的 假说,从而提示了磁现象的电本质:磁铁的磁场和电

流的磁场一样都由 产生的。

18.一个线圈的面积是4.0×10-3m2,放在磁感应强度为

1.2T的匀强磁场中,通过线圈的磁通量为2.4×10-3Wb,则线

圈平面与磁感线的夹角是 。要使通过线圈的磁通量最

大,线圈平面与磁感线的夹角是 。

图 7-19 19.通电直导线沿水平方向放在倾角为的光滑斜

面上,图7-19中圆圈表示导线的横截面,匀强磁场的

方向竖直向上,磁感应强变为B,导线在磁场中的长度为l。要使导线静止在斜面上,导线中的电流方向应该 ,若导线的质量为m,

电流强度应是 。

20.如图7-20所示,一细导线杆弯成四个拐

角匀为直角的平面折线,其中ab、cd段长度均为

l1、bc段长度为l2,弯杆位于竖直平面内,oa、do

段由轴承支撑沿水平放置,整个弯杆置于匀强磁

场中,磁场方向竖直向上,磁感应强度为B。今在

导体杆中沿abcd通以大小为I的电流,此时导体图

7-20

杆受到的安培力对OO轴的力矩大小等于 。

(三)计算题

21.如图7-21所示,矩形金属框架与水平面成30角,置于B=0.25T

的匀强磁场中,磁场方向与金属框架所在平面垂直。框架的宽度为20cm,

导体棒ab的质量为10g。当导体棒中通以0.5A的电流时,导体棒静止

在框架上,求导体棒与框架间的磨擦力。

7-21 22.如图7-22所示,金属导轨MN、PQ互相平行放在同一水平面

上,其电阻不计。直导线ab与导轨垂直放置,其电阻为0.40Ω,

导轨间距L=10cm。导轨所在区域处在匀强磁场中,磁场方向竖直

向下,磁感应强度B=0.20T。电源电动势ε=15V,内电阻r=0.18

Ω,电阻R=1.6Ω。电键S接通后ab仍静止不动,求ab所受磨擦

力的大小和方向。

创新园地 图 7-22

23.如图7-23所示,在水平桌面上有两个相互平行距离

L=20cm的金属导轨PQ和MN,电容器的电容C=1.0×104F,已充

电完毕。铝棒ab的质量m=0.10kg,它与导轨之间的磨擦不计。在

导轨区域加有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=2.0T。导轨距

地面的高度h=8.0m。当闭合电键S后,铝棒被推出,落地点与桌

边的水平距离s=0.40m。求电容器放电时通过铝棒的电量和电容器

两极板的电势差的改变量。

参考答案

图 7-23

动脑动手

(一)选择题

1.A、C 2.D 3.B、C 4.B 5.B 6.A 7.B 8.A、C、D 9.A 10.A、B、D 11.C 12.D

13.B 14.B、C 15.A、C 16.D

(二)填空题

17.分子电流,电荷运动

18.30°,90°

19.垂直纸面向外,mgtg/BL

20.Bil1l2

(三)计算题

21.0.025N,沿斜面向上

22.设直导线ab的电阻为R,R与R并联的总电阻为

R并= RR/(R+R)=0.32Ω

电路接通后,总电流为

I=ε/(R并+r)=3.0A

通过直导线ab的电流为

I=IR并/R=2.4A

直导线ab所受的静摩擦力与安培力大小相等、方向相反

-2f=BIL=4.8×10N,方向向左

动脑动手

23.当电键S闭合后,电容器放电,通过铝棒ab的电量为

Q=I·t

电流通过铝棒时,铝棒受到向右的安培力,根据动量定理有

BILt=mv0

铝棒离开水平轨道后,做平势运动,水平方向做匀速直线运动

竖直方向,铝棒做自由落体运动

s= v0t

由上述各式联式解得

2h=gt/2

电容器两极板的电势差改为变量为

U=Q /C=25V

范文七:磁场对电流的作用教案

《磁场对电流的作用》教案

教学目标

知识与能力

1.知道磁场对通电导体有作用力。

2.知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感应线方向有关,改变电流方向或改变磁感线方向,导体的受力方向随着改变。

3.知道通电线圈在磁场中转动的道理。

4.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。

5.培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。

过程与方法

培养学生理论联系实际的意识

感态度与价值观

通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学习科学技术知识的兴趣。

教学重点、难点

重点

1磁场对通电的导体有力的作用

2通电的导体的受力方向跟磁场方向和电流方向有关

难点

左手定则的运用

(二)教具

小型直流电动机一台,学生用电源一台,大蹄形磁铁一块,干电池一节,用铝箔自制的圆筒一根(粗细、长短与铅笔差不多),两根铝箔条(用

透明胶与铝箔筒的两端相连接),支架(吊铝箔筒用),如课本图12—10的挂图,线圈(参见图12—2),抄有题目的小黑板一块(也可用幻灯片代替)。

(三)教学过程

1复习相关知识并提问:

1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生( )作用,磁体间的相互作用就是通过( )发生的。

2.将一根导线平行地放在静止的小磁针上方,当导线通电时,发现小磁针( ),说明电流周围存在( )。

2.引入新课

本章主要研究电能:第一节和第二节我们研究了获得电能的原理和方法,第三节我们研究了电能的输送,电能输送到用电单位,要使用电能,这就涉及到用电器,以前我们研究了电灯、电炉、电话等用电器,今天我们要研究另一种用电器一电动机。

出示电动机,给它通电,学生看到电动机转动,提高了学习兴趣。 提问:电动机是根据什么原理工作的呢?

讲述:要回答这个问题,还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现—电流周围存在磁场,电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力(如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动)。根据物体间力的作用是相互的,电流对磁体施加力时,磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。

3.进行新课

(1)通电导体在磁场里受到力的作用

板书课题:〈第四节磁场对电流的作用〉

介绍实验装置,将铝箔筒两端的铝箔条吊挂在支架上,使铝箔筒静止在磁铁的磁场中(参见课本中的图12—9)。用铝箔筒作通电导体是因为铝箔筒轻,受力后容易运动,以便我们观察。

演示实验1:用一节干电池给铝箔筒通电(瞬时短路),让学生观察铝箔筒的运动情况,并回答小黑板上的题1:给静止在磁场中的铝箔筒通电时,铝箔筒会______,这说明______。

板书:<1.通电导体在磁场中受到力的作用。〉

(2)通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关 教师说明:下面我们进一步研究通电导体在磁场里的受力方向与哪些因素有关。

演示实验2:先使电流方向相反,再使磁感线方向相反,让学生观察铝箔筒运动后回答小黑板上的题2:保持磁感线方向不变,交换电池两极以改变铝箔筒中电流方向,铝箔筒运动方向会_________,这说明

_________。保持铝箔筒中电流方向不变,交换磁极以改变磁感线方向,铝箔筒运动方向会______,这说明______。

归纳实验2的结论并板书:〈2.通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。〉

(3)磁场对通电线圈的作用

提问:应用上面的实验结论,我们来分析一个问题:如果把直导线弯成线圈,放入磁场中并通电,它的受力情况是怎样的呢?

出示方框线圈在磁场中的直观模型(磁极用两堆书代替),并出示如课本上图12—10的挂图(此时,图中还没有标出受力方向)。

引导学生分析:通电时,图甲中ab边和cd边都在磁场中,都要受力,因为电流方向相反,所以受力方向也肯定相反。提问:你们想想看,线圈会怎样运动呢?

演示实验3:将电动机上的电刷、换向器拆下(实质是线圈)后通电,让学生观察线圈的运动情况。”

教师指明:线圈转动正是因为两条边受力方向相反,边说边在挂图上标明ab和cd边的受力方向。

提问:线圈为什么会停下来呢?

利用模型和挂图分析:在甲图位置时,两边受力方向相反,但不在一条直线上,所以线圈会转动。当转动到乙图位置时,两边受力方向相反,且在同一直线上,线圈在平衡力作用下保持平衡而静止。

板书结论:〈3.通电线圈在磁场中受力转动,到平衡位置时静止。〉

(4)讨论

①教材中的“想想议议”。

②小黑板上的题3:通电导体在磁场中受力而运动是消耗了______得到了______能。

板书:〈4.通电导体在磁场中运动是消耗了电能,得到了机械能。〉 4小结:1)通电导体在磁场里受到力的作用

2)通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有

3)通电线圈在磁场中受力转动,到平衡位置时静止

5作业(思考题):电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而转动的道理工作的。但实际制成电动机时,还有些问题需要我们解决,比如:通电线圈不能连续转动,而实际电动机要能连续转动,这个问题同学们先思考,下节我们研究。

教材分析

范文八:3.1磁场对电流的作用

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选修3-1 成功从你动手的这一刻开始

13. 水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,它们之间的宽度为L,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻).现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab,并加

一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为 θ且指向右斜上方,如图所示.问:

⑴当ab棒静止时,ab棒受到的支持力和摩擦力各为多少?

⑵若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少?此时B的方向如何?

12.

如图所示,电源电压E=2V,内阻不计,竖直导轨电阻不计,金属棒的质量m=0.1kg,R=0.5Ω,它与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,有效长度为0.2m,靠在导轨外面,为使金属棒不动,施一与纸面夹角37°且垂直于金属棒向里的磁场(g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).求:

(1)此磁场是斜向上还是斜向下? (2)B的范围是多少?

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范文九:8.2磁场对电流的作用

8.2磁场对电流的作用

【知识疏理】

1.安培力的大小

当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,F= ,这是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特殊情况:

(1)磁场和电流垂直时:F= (2)磁场和电流平行时:F= 2.安培力的方向

(1)用左手定则判定: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 ,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:F⊥B,F⊥I,即F垂直于决定的平面. 3.安培定则和左手定则的“因”与“果”

1.安培定则(右手螺旋定则)用于判定电流周围磁场的磁感线分布,使用时注意分清“因——电流方向”和“果——磁场方向”.

2.左手定则用于判定通电导线在磁场受安培力的方向,使用时注意分清“因——电流方向与磁场方向”和“果——受力方向”. 【检测】

1.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ad边与MN平行,关于MN中电流产生的磁场对线框的作用,下列叙述中正确的是( ).

A.线框有两条边所受到的安培力方向相同 B.线框有两条边所受到的安培力大小相同 C.整个线框有向里收缩的趋势

D.若导线MN向左微移,各边受力将变小,但合力不变

2.在等边三角形的三个顶点a、b、c处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,则过c点的导线所受安培力的方向( ).

A.与ab边平行,竖直向上 B.与ab边平行,竖直向下 C.与ab边垂直,指向左边 D.与ab边垂直,指向右边 考点三 通电导体在安培力作用下的平衡问题

3.如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( ). A.棒中的电流变大,θ角变大 B.两悬线等长变短,θ角变小 C.金属棒质量变大,θ角变大 D.磁感应强度变大,θ角变小

4.如图所示,光滑的平行导轨与电源连接后,与水平方向成θ角倾斜放置,导轨上放一个质量为m的金属导体棒.当S闭合后,在棒所在区域内加一

个合适的匀强磁场,可以使导体棒静止平衡,下面四个图中分别加了不同方向的磁场,其中一定不能平衡的是( ).

5.如图所示的装置可演示磁场对通电导线的作用.电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆.当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动.下列说法正确的是( ).

A.若a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,则L向右滑动 B.若a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,则L向右滑动 C.若a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,则L向左滑动 D.若a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,则L向左滑动 6.如图所示为电磁轨道炮的工作原理图.待发射弹体与轨道保持良好接触,并可在两平行轨道之间无摩擦滑动.电流从一条轨道流入,通过弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与电流I成正比.通电的弹体在安培力的作用下离开轨道,则下列说法正确的是( ). A.弹体向左高速射出

B.I为原来的2倍,弹体射出的速度也为原来的2倍

C.弹体的质量为原来的2倍,射出的速度也为原来的2倍 D.轨道长度L为原来的4倍,弹体射出的速度为原来的2倍

7.如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)( )

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

8.条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠近S极一侧悬挂一根与它垂直的导电棒,如图所示(图中只画出棒的截面图).在棒中通以垂直纸面向里的电流的瞬间,产生的情况是 ( )

A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受到向左的摩擦力 D.磁铁受到向右的摩擦力

9.如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴

线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面.当线圈内通以图中方向的电流后,线圈的运动情况是( ) A.线圈向左运动

B.线圈向右运动

C.从上往下看顺时针转动

D.从上往下看逆时针转动

10.如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,

在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50 T,方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场,金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源。现把一个质量m=0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与

2

金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 Ω,金属导轨电阻不计,g取10 m/s。已知sin 37°=0.60,cos 37°=0.80,求: (1)通过导体棒的电流;

(2)导体棒受到的安培力的大小; (3)导体棒受到的摩擦力。

【当堂达标】 1.一段长0.2 m,通过2.5 A电流的直导线,在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况,

正确的是( ).

A.如果B=2 T,F一定是1 N B.如果F=0,B也一定为零 C.如果B=4 T,F有可能是1 N

D.如果F有最大值,通电导线一定与B平行

2.在赤道上,地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场,磁感应强度是5×105 T.如

果赤道上有一条沿东西方向的直导线,长40 m,载有20 A的电流,地磁场对这根导线的作用力大小是( ).

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A.4×108 N B.2.5×105 N C.9×104 N D.4×102 N 3.如图所示,一长L的直导线通以大小为I的电流,放在垂直于导线的

磁感应强度为B的匀强磁场中,则导线所受安培力的大小为( )

BIL

A.BILsin θ B.BILcos θ D.BIL

sin θ

4. 如图所示,光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心。两金属轨道之间的

宽度为0.5 m,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5 T。质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以电流强度为2 A的恒定电流时,金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动。已知MN=OP=1 m,则( )

A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2 B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/s C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2 D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N

5. 在倾角=30°的斜面上,固定一金属框,宽l=0.25m,接入电动势E=12V、内阻不计的电池.垂

直框面放有一根质量m=0.2kg的金属棒ab

,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的垂直框面向上的匀强磁场中(如图11.2-5).当调节滑动变阻器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

2

电阻不计,g=10m/s)

6.如图甲所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为

l,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源.将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上,且与两轨道垂直.已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略,通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,图乙为图甲沿a→b方向观察的平面图.若重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止. (1)请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图; (2)求出磁场对导体棒的安培力的大小;

(3)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向.

7.如图所示,质量为m的金属棒,放在距光滑金属导轨右端为l的地方,导轨间距为d,距离地面高度为h,处于大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,并接有电动势为E、内电阻为r的电池.当开关K闭合时,金属棒先滑向右端再抛出,已知抛出的水平距离为s,不考虑金属棒切割磁感线产生的感应电流,重力加速度取g.试计算该金属棒的电阻.

范文十:磁场对电流的作用

磁场对电流的作用

一、诊断反馈:一束带电粒子沿水平方向平行的飞过小磁针的上方,当带电粒子通过小磁针的上方的瞬间,小磁针的北极向纸内偏转,这束带电粒子可能是:

A、向右飞行的正粒子束 B、向左飞行的正粒子束

C、向右飞行的负粒子束 D、向左飞行的负粒子束

二、导学过程:思考电流周围存在磁场,那么磁场对电流有没有力的作用呢?

实验探究:演示实验

1、阅读课本:由实验可知:当通电导体附近有磁场时,通电导体会受到的作用,物理学上将 称为安培力。

2、阅读课本成下列问题

研究表明,在 磁场中,当通电导线和磁场方向 时,通电导线所受的安培力最

大。其大小计算的公式①、当B和I垂直时F= ②、当B和I平行时F= ③ 、当B和I成某一角θ时F=

其方向的判定方法

练习、1、课本作业题

2、在下面四个图中,标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向,以及通电直导线所受安培力F的方向。其中正确的是………………………………………( )

3、把一小段通电直导线放入磁场中,导线受到安培力的作用,关于安培力的力方向,下列说法正确的是

A、 安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同

B、 安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直,但不一定跟电流的方向垂直

C、 安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直,但不一定跟磁感应强度的方向垂直

D安培力的方向一定既跟磁感应强度的方向垂直,又跟电流的方向垂直

4、一根通有电流I的直铜棒用软导线挂在如图6所示匀强磁场中,此时

悬线中的张力大于零而小于铜棒的重力.欲使悬线中张力为零,可采用

的方法有 [ ]

A.适当增大电流,方向不变 B.适当减小电流,并使它反向

C.电流大小、方向不变,适当增强磁场 D.使原电流反向,并适

当减弱磁场

5、赤道上,地磁场可看成是南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小是0.5×10T。如果赤道上由一根东西方向的直导线,长为20m,且在有从东到西的电流30A,

那么地磁场对这根导线的-5

作用力有多大?方向如何?

6、匀强磁场中有一段长为0.2m的直导线,它与磁场方向垂直,当通过3A的电流时,受到6×10-2N的磁场力,则磁场的磁感强度是______特;当导线长度缩短一半时,磁场的磁感强度是_____特;当通入的电流加倍时,磁场的磁感强度是______特.

7、关于磁感应强度的说法中正确的是( )

A、一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力的作用,则该处的磁感应强度一定为零

B、一小段通电导体在磁场中某处受磁场力越小,则该处的磁感应强度也越小

C、 磁场中某点的磁感应强度方向就是放在该点的一小段通电导体的受力方向

D、磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该点的导体受力情况无关

8、关于磁感强度,下列哪种说法正确的是( )

A 、 放置在磁场中1m长的导线,通过1安的电流,受到的力为1N时,该处磁感强度就是1T。

B、 通电导线所受磁场力为零,该处磁感强度一定为零。

C 、 通电导线所受磁场力为零,该处磁感强度不一定为零。

D 、 磁感强度只是描述磁场强弱的物理量

9、如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根直导线,导线与磁场垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,则

(A)磁铁对桌面压力减小,不受桌面的摩擦力作用;

(B)磁铁对桌面压力减小,受到桌面的摩擦力作用;

(C)磁铁对桌面压力增大,不受桌面的摩擦力作用;

(D)磁铁对桌面压力增大,受到桌面的摩擦力作用

10、某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如图所示,其中正确的是( )

11、如图所示,一不会变形的通电矩形线框abcd所在平面跟水平的匀强磁场垂直,电流i的方向从abcda,则

(A)bc边所受安培力方向向上,cd边所受安培力方向向下;

(B)bc边所受安培力方向向左,ad边所受安培力方向向右;

(C)ab边、cd边受安培力作用,bc边、ad边不受安培力作用;

(D)整个线框受到四个安培力的合力为零。 ( )