2019-2020年高中物理 3.4安培力的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-1.doc

2019-2020年高中物理 3.4安培力的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-11知道磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運用它測量電流的大小和方向的基本原理2知道直流電動機的基本構(gòu)造以及它的基本工作原理3知道直流電動機和電流表的內(nèi)部磁場的分布特點4能準(zhǔn)確判定線圈各邊所受磁場力的方向1電磁炮利用安培力推動通電導(dǎo)體平動的，直流電動機利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動的2直流電動機的優(yōu)點：通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速3電流表是測量電流的電學(xué)儀器，實驗時經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運動方向，一般采用下列幾種方法：(1)電流元分析法把長直電流等分為無數(shù)小段直線電流元，先用左手定則判斷出一小段電流元受到的安培力方向，再判斷整段電流所受的安培力合力的方向，從而確定導(dǎo)線的運動方向(2)特殊位置分析法先分析通電導(dǎo)線上的某個特殊位置，判斷其安培力方向，從而確定運動方向(3)等效分析法常把條形磁鐵等效為環(huán)形電流，也可把環(huán)形電流等效為小磁針，以及把通電螺線管等效成多個環(huán)形電流或條形磁鐵(4)結(jié)論分析法兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢(5)轉(zhuǎn)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，定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁體的磁場中所受到的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向兩條導(dǎo)線相互垂直如圖所示，但相隔一段小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由活動，當(dāng)直流電流按圖所示方向通入兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)()A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線ABB逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線ABC順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線ABD逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB解析：本題可用下面兩種方法解答(1)電流元受力分析法：把直線電流CD等效為CO、DO兩段電流元，AB電流的磁感線分布如圖所示，用左手定則判定可知導(dǎo)線CD將逆時針轉(zhuǎn)動(2)特殊值分析法：將導(dǎo)線CD轉(zhuǎn)過90的特殊位置，兩直線電流相互平行，方向相同相互吸引，可見CD將靠近AB，所以導(dǎo)線CD逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時要靠近導(dǎo)線AB.因此正確答案是D.答案：D練習(xí)如圖所示的彈性線圈AB，當(dāng)給它通電時下面判斷正確的是(D)A當(dāng)電流從A向B通過時線圈長度增加，當(dāng)電流反向時線圈長度減小B當(dāng)電流從B向A通過時線圈長度增加，當(dāng)電流反向時線圈長度減小C不管電流方向如何，線圈長度都不變D不管電流方向如何，線圈長度都減小解析：本題可用下面兩種方法解答(1)等效分析法：通電彈性線圈由許多環(huán)形電流組成，把環(huán)形電流等效成條形磁鐵，當(dāng)電流從A向B通過線圈時條形磁鐵的極性如圖所示，各條形磁鐵相互吸引，即各線環(huán)相互吸引，可見線圈的長度變短，當(dāng)電流從B向A通過線圈時條形磁鐵的極性與圖所示的相反，各條形磁鐵相互吸引，即各線環(huán)相互吸引，線圈的長度仍然變短，所以D正確(2)推論分析法：把環(huán)形電流看成無數(shù)小段的直線電流組成，當(dāng)電流從A向B通過線圈時各線環(huán)的電流方向如圖所示，各電流平行且同向，相互吸引，線圈長度變短，當(dāng)電流從B向A通過線圈時各線環(huán)的電流方向與圖所示方向相反，但各電流仍平行且同向，相互吸引，線圈長度仍變短，故D正確一、單項選擇題1如圖所示，在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c，各導(dǎo)線中的電流大小相同，其中a、c導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向內(nèi)每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對它的安培力作用，則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力，以下說法中正確的是(B)A導(dǎo)線a所受合力方向水平向右B導(dǎo)線c所受合力方向水平向右C導(dǎo)線c所受合力方向水平向左D導(dǎo)線b所受合力方向水平向左解析：首先用安培定則判定導(dǎo)線所在處的磁場方向，要注意是合磁場的方向，然后用左手定則判定導(dǎo)線的受力方向可以確定B是正確的2在如圖所示電路中，電池均相同，當(dāng)電鍵S分別置于a、b兩處時，導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小分別為fa、fb，判斷這兩段導(dǎo)線(D)Afafb，相互吸引 Bfafb，相互排斥Cfafb，相互吸引 Dfafb，相互排斥解析：電鍵S分別置于a、b兩處時，電源分別為一節(jié)干電池、兩節(jié)干電池，而電路中燈泡電阻不變，則電路中電流IaIb，MM和NN處的磁感應(yīng)強度BaBb，應(yīng)用安培力公式FBIL可知fafb，又MM和NN電流方向相反，則相互排斥3如下圖所示，一根通電的直導(dǎo)體棒放在傾斜的粗糙導(dǎo)軌上，且有圖示方向的勻強磁場，處于靜止?fàn)顟B(tài)，若增大電流強度，導(dǎo)體棒仍靜止，則在電流增大到剛要運動的過程中，導(dǎo)體棒受到摩擦力的大小變化情況可能是(B)A一直減小 B先減小后增大C先增大后減小 D始終不變解析：由左手定則可判定安培力方向沿斜面向上，若開始時摩擦力方向沿斜面向下，則有F安mgsin f，而F安BIL，則fmgsin F安，I增大，f減??；當(dāng)f減小到0后，F(xiàn)安mgsin ，f反方向，I增大f增大4如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)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abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受磁場的合力(A)A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILBC方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILB解析：將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線，根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的大小，根據(jù)FBIL計算出安培力的大小，再求合力導(dǎo)線所受合力FBIL2BILsin 45(1)ILB.二、不定項選擇題5一條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒，圖中只畫出此棒的截面圖，并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是(AD)A磁鐵對桌面的壓力減小B磁鐵對桌面的壓力增大C磁鐵受到向右的摩擦力D磁鐵受到向左的摩擦力解析：如圖所示導(dǎo)體棒通電后，由左手定則，導(dǎo)體棒受到斜向左下方的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導(dǎo)體棒的作用力應(yīng)斜向右上方，所以在通電的一瞬間，磁鐵對桌面的壓力減小，磁鐵受到向左的摩擦力，因此A、D正確6如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直于紙面向外運動，則(AB)A將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極B將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極C將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極D將b、c端接在電源正極，a、d端接在電源負(fù)極三、非選擇題(按題目要求作答解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)7如圖(a)所示，傾角為、相距為L的光滑導(dǎo)軌與一穩(wěn)恒電源連接，導(dǎo)軌處于垂直于導(dǎo)軌形成的斜面向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m的金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好后恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)圖(b)為金屬棒與斜面的切面圖，重力加速度取g.(1)試在圖(b)中作出金屬棒受力示意圖；(2)計算流過金屬棒的電流解析：(1)金屬棒所受的力的示意圖如圖所示：(2)根據(jù)安培力的公式，有：F安BIL.根據(jù)力的平衡條件，有：F安mgsin . 兩式聯(lián)立得：I.答案：(1)見解析圖(2)8如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6102 kg的通電直導(dǎo)線，電流強度I1 A，方向垂直于紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中設(shè)t0時，B0，則需要多長時間，斜面對導(dǎo)線的支持力為零？(g取10 m/s2)解析：斜面對導(dǎo)線的支持力為零時導(dǎo)線的受力如圖所示 由平衡條件得：FTcos 37F，F(xiàn)Tsin 37mg，由解得：F，代入數(shù)值得：F0.8 N，由FBIL得：B T2 T.B與t的變化關(guān)系為B0.4 t，所以t5 s.答案：5 s9如圖，水平放置的光滑的金屬導(dǎo)軌M、N，平行地置于勻強磁場中，間距為d，磁場的磁感強度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面夾為 ，金屬棒ab的質(zhì)量為m，放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直電源電動勢為E，定值電阻為R，其余部分電阻不計則當(dāng)電鍵閉合的瞬間，棒ab的加速度為多大？ 解析：畫出導(dǎo)體棒ab受力的截面圖 如圖所示導(dǎo)體棒ab所受安培力：FBIL.由牛頓第二定律得：Fsin ma，導(dǎo)體棒ab中的電流：I，得a.答案：