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2019-2020年高二物理一輪復習 3-1 3.4《磁場對通電導線的作用力》教學案 一、教材分析 安培力的方向和大小是重點，弄清安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系是難點。安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強度的方向可以成任意角度；當電流方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大。對此學生常?；煜? 二、教學目標 （一）知識與技能 1、知道什么是安培力，會推導安培力公式F=BILsinθ。 2、知道左手定則的內(nèi)容，并會用它判斷安培力的方向。 3、了解磁電式電流表的工作原理。 （二）過程與方法 通過演示實驗歸納、總結(jié)安培力的方向與電流、磁場方向的關(guān)系——左手定則。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1、通過推導一般情況下安培力的公式F=BILsinθ，使學生形成認識事物規(guī)律要抓住一般性的科學方法。 2、通過了解磁電式電流表的工作原理，感受物理知識的相互聯(lián)系。 三、教學重點難點 教學重點 安培力的大小計算和方向的判定。 教學難點 用左手定則判定安培力的方向。 四、學情分析 安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強度的方向可以成任意角度；當電流方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大。對此學生常?；煜? 五、教學方法 實驗觀察法、邏輯推理法、講解法 六、課前準備 1、學生的準備：認真預習課本及學案內(nèi)容 2、教師的準備：多媒體課件制作，課前預習學案，課內(nèi)探究學案，課后延伸拓展學案 演示實驗：蹄形磁鐵多個、導線和開關(guān)、電源、鐵架臺、兩條平行通電直導線 七、課時安排： 1課時 八、教學過程 （一）預習檢查、總結(jié)疑惑 （二）情景引入、展示目標通過第二節(jié)的學習，我們已經(jīng)初步了解磁場對通電導線的作用力。安培在這方面的研究做出了杰出的貢獻，為了紀念他，人們把通電導線在磁場中所受的作用力叫做安培力。這節(jié)課我們對安培力作進一步的討論。 （三）合作探究、精講點播 1、安培力的方向 教師：安培力的方向與什么因素有關(guān)呢？ 演示：如圖所示，連接好電路。 演示實驗： （1）改變電流的方向 現(xiàn)象：導體向相反的方向運動。 （2）調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場方向 現(xiàn)象：導體又向相反的方向運動。 教師引導學生分析得出結(jié)論 （1）安培力的方向和磁場方向、電流方向有關(guān)系。 （2）安培力的方向既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直，也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導線所在的平面。 左手定則 通電直導線所受安培力的方向和磁場方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。 例：判斷下圖中導線A所受磁場力的方向。 通電平行直導線間的作用力方向如何呢？ 演示實驗： （1）電流的方向相同時 現(xiàn)象：兩平行導線相互靠近。 （2）電流的方向相反時 現(xiàn)象：兩平行導線相互遠離。 引導學生利用已有的知識進行分析 如圖，兩根靠近的平行直導線通入方向相同的電流時，它們相互間的作用力的方向如何? 說明：分析通電導線在磁場中的受力時，要先確定導線所在處的磁場方向，然后根據(jù)左手定則確定通電導線的受力方向。 例題2:下列四幅圖中通電導體受力方向表示正確的是 ( ) 例題1畫出圖中第三者的方向 2、安培力的大小 通過第二節(jié)課的學習，我們已經(jīng)知道，垂直于磁場B放置的通電導線L，所通電流為I時，它在磁場中受到的安培力 F=BIL 當磁感應(yīng)強度B的方向與導線平行時，導線受力為零。 問題：當磁感應(yīng)強度B的方向與導線方向成夾角θ時，導線受的安培力多大呢？ 教師投影圖3.4-4，引導學生推導： 將磁感應(yīng)強度B分解為與導線垂直的分量和與導線平行的分量，則， 因不產(chǎn)生安培力，導線所受安培力是產(chǎn)生的，故安培力計算的一般公式為： 3、磁電式電流表 中學實驗室里使用的電流表是磁電式電流表，下面我們來學習磁電式電流表的工作原理。 （1）電流表主要由哪幾部分組成的？ 投影圖3.4-5。 電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等六部分組成。 （2）什么電流表可測出電流的強弱和方向？ 磁場對電流的作用力和電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大，因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱。當線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。 （3）電流表中磁場分布有何特點呢？為何要如此分布？ 電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的。如圖。 所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度。該磁場并非勻強磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應(yīng)強度B的大小是相等的。這樣的磁場，可使線圈轉(zhuǎn)動時，它的兩個邊所經(jīng)過的位置磁場強弱都相同，從而使表盤的刻度均勻。 （4）磁電式儀表的優(yōu)缺點是什么？ 磁電式儀表的優(yōu)點是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是繞制線圈的導線很細，允許通過的電流很弱（幾十微安到幾毫安）。如果通過的電流超過允許值，很容易把它燒壞。 （四）反思總結(jié)、當堂檢測 （五）發(fā)導學案、布置作業(yè) 課堂訓練 作業(yè) 1、課下閱讀課本第98頁，做一做《用小磁針估測磁感應(yīng)強度》或《旋轉(zhuǎn)的液體》小實驗。 2、完成P99“問題與練習”第1、2、4題。書面完成第3題。 九、板書設(shè)計 1、安培力的方向 左手定則 2、安培力的的大小： 3、磁電式電流表 十、教學反思 空間想象能力對本節(jié)學習至關(guān)重要、要使學生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖，需要一定的鞏固訓練。 臨清三中—物理—朱廣明—盛淑貞 選修3-1第三章 3.4 磁場對通電導線的作用力 課前預習學案 一、預習目標 1、知道什么是安培力，寫出安培力公式 2、知道左手定則的內(nèi)容 3、了解磁電式電流表的工作原理。 二、預習內(nèi)容 1．磁場對 的作用力通常稱為安培力。 2． 磁場方向的通電直導線，受到的安培力的大小的跟通電導線在磁場中的長度有關(guān)，導線長作用力 ；導線短，作用力 。用公式表示為 。 3．如果磁場方向與電流方向夾角為θ時，安培力的大小 ，方向仍可用 定則判定。 4．左手定則：讓磁感線垂直穿入 ，四指指向 方向，拇指所指 的方向。 5． 在磁電式電流表中，蹄形磁鐵和鐵心間的磁場是　　　　　　的。 三、提出疑惑 課內(nèi)探究學案 一、學習目標 1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向，理解洛倫茲力對電荷不做功。 2、掌握洛倫茲力大小的推理過程。 3、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。 4、了解電視機顯像管的工作原理。 二、學習過程 例1． 如圖2所示，把一重力不計可自由運動的通電直導線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，當通以圖示方向的電流時，導線的運動情況是（從上往下看） （ ） 圖2 A. 順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B. 順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C. 逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D. 逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 解答：兩個磁極對電流的安培力方向不同，把電流分為兩部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向里。從上往下看，通電導線將沿著逆時針方向轉(zhuǎn)動。當導線轉(zhuǎn)到垂直于紙面的方向時，電流受力向下，導線將向下運動。所以C選項正確。 例2．如圖4所示，長L、質(zhì)量為m的金屬桿ab，被兩根豎直的金屬絲靜止吊起，金屬桿ab處在方向垂直紙面向里的勻強磁場中。當金屬桿中通有方向a→b的電流I時，每根金屬絲的拉力大小為T。當金屬桿通有方向b→a的電流I時，每根金屬絲的拉力大小為2T。求磁場的磁感應(yīng)強度B的大小。 圖4 解答：導體ab受重力、磁場力彈簧的的拉力而平衡。 當ab中的電流方向由a到b時，磁場力向上。 2T+BIL=mg ① 當ab中的電流由b到a時，磁場力向下。 4T=BIL+mg ② 解方程組得 例3．如圖5兩個同樣的導線環(huán)同軸平行懸掛，相隔一小段距離，當同時給兩導線環(huán)通以同向電流時，兩導線環(huán)將（ ） A． 吸引 B． 排斥 C． 保持靜止 D． 邊吸引邊轉(zhuǎn)動 解答：兩個線圈內(nèi)的電流產(chǎn)生的磁場方向相同，互相吸引。也可以由一個電流受另一個的磁場力判斷得相同的結(jié)論。 三、反思總結(jié) 四、當堂檢測 1． 畫出圖中各磁場對通電導線的安培力的方向 θ B Ｂ θ B Ｃ θ B Ａ θ B Ｄ E 第1題 F G H 2.關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯間的矩形線圈與該磁場的關(guān)系，下列說法中正確的有 ( ) A.通電線圈旋轉(zhuǎn)的角度不同，它所在位置的磁感應(yīng)強度大小也不同 B.不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它所在位置的磁感應(yīng)強度大小都相等 C.通電線圈旋轉(zhuǎn)的角度不同，它的平面與磁感線的夾角也不同 D.不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都與磁感線相平行 3．正在通電的條形電磁鐵的鐵心突然斷成兩截，則兩截鐵心將 （　 ） A． 互相吸引 　　B．互相排斥 C．不發(fā)生相互作用 　　 D．無法判斷 4． 如圖，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時，磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，這一束帶電粒子可能是 （ 　 ） A． 向右飛行的正離子 B． 向左飛行的正離子 第5題 C． 向右飛行的負離子 D. 向左飛行的負離子 第4題 5． 如圖所示，兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)? （ ） A. F2 B. C. D. 課后練習與提高 C B D 第1題 1. 一根通有電流的直銅棒用軟導線掛在如圖所示的勻強磁場中,此時懸線的張力大于零而小于銅棒的重力.使懸線中張力為零,可采用的方法有 ( ) A．適當增大電流,方向不變 B．適當減小電流,方向反向 C．電流大小、方向不變 D．使原電流反向，并適當減弱磁場 第2題 2. 一段通電的直導線平行于勻強磁場放入磁場中，如圖所示導線上電流由左向右流過．當導線以左端點為軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)過90０的過程中，導線所受的安培力 （ ） A．大小不變，方向也不變 B．大小由零漸增大，方向隨時改變 C．大小由零漸增大，方向不變 D．大小由最大漸減小到零，方向不變 3.如圖所示，有一根直導線上通以恒定電流I，方向垂直指向紙內(nèi)，且和勻強磁場B垂直，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強度數(shù)值最大的點是 ( ) A.a點 B.b點 C.c點 D.d點 第3題 第6題 4.關(guān)于通電導線在磁場中所受的安培力，下列說法正確的是 ( ) A.安培力的方向就是該處的磁場方向 B.安培力的方向一定垂直于磁感線和通電導線所在的平面 C.若通電導線所受的安培力為零.則該處的磁感應(yīng)強度為零 D.對給定的通電導線在磁場中某處各種取向中，以導線垂直于磁場時所受的安培力最大 5.一根用導線繞制的螺線管，水平放置，在通電的瞬間，可能發(fā)生的情況是 ( ) A.伸長 B.縮短 C.彎曲 D.轉(zhuǎn)動 6.如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上，垂直紙面水平放置一根長為L，質(zhì)量為m的通電直導線，電流方向垂直紙面向里，欲使導線靜止于斜面上，則外加磁場的磁感應(yīng)強度的大小和方向可以是 （ ） A.B=mgtanθ/IL，方向垂直斜面向下 B.B=mgtanθ／IL，方向豎直向下 C.B=mg／IL，方向水平向左 D.B=mgcosθ/IL，方向水平向右 7．如圖所示，長直導線通電為I1，通過通以電流I2環(huán)的中心且垂直環(huán)平面，當通以圖示方向的電流I1、I2時，環(huán)所受安培力 （ ） 第8題 A.沿半徑方向向里 B.沿半徑方向向外 C.等于零 D.水平向左 E.水平向右 第7題 [ 8.條形磁鐵放在水平面上，在它的上方偏右處有一根固定的垂直紙面的直導線，如圖所示，當直導線中通以圖示方向的電流時，磁鐵仍保持靜止.下列結(jié)論正確的是 （ ） B.磁鐵對水平面的壓力增大 C.磁鐵對水平面施加向左的靜摩擦力 D.磁鐵所受的合外力增加 9．如圖所示，邊長為a的正方形線框通以恒定電流I，在勻強磁場中以O(shè)O′為軸按圖示位置轉(zhuǎn)動，則（設(shè)無外力作用） （ ） A．電流的方向是逆時針方向 B．圖示位置，線框所受磁力矩為BIa2 C．當線框轉(zhuǎn)過90角時，所受磁力矩為M＝BIa2 D．線框必定勻速轉(zhuǎn)動 第9題 第10題 10.兩個相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動，設(shè)大小不同的電流按如圖所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運動情況是 （ ） A.都繞圓柱體轉(zhuǎn)動 B.彼此相向運動，且具有大小相等的加速度 C.彼此相向運動，電流大的加速度大 D.彼此背向運動，電流大的加速度大 選修3-1第三章 3.4 磁場對通電導線的作用力答案 預習內(nèi)容 １通電導線 ２垂直于 大 小 F=IBL ３F＝BILsinθ 左手 ４手心 電流 受力 ５輻向均勻分布 當堂檢測 1．略 2． BD 3． A 4 ．BC 5 ．A 課后練習與提高 1． A 2． C 3 ．A 4 ．BD 5 ．B 6 ．ABC 7 ． C 8 ． BC 9 ．A 10． B