通电导线在磁场中受到的力.docx
《通电导线在磁场中受到的力.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通电导线在磁场中受到的力.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
通电导线在磁场中受到的力
【教总50】通电导线在磁场中受到的力导学案一
主备人：
程哲审核人：
李万泽
【教学目标】
1、观察安培力方向和哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向
2、推导匀强磁场中安培力表达式，计算匀强磁场中安培力的大小
【重难点】
1、安培力的大小和方向是本节重点
2、弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系式本节难点
【教学过程】
【同步导学】
1.磁场对电流的作用力称为安培力。
2.安培力方向：
⑴左手定则：
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向，如图1。
⑵注意：
若电流方向和磁场方向垂直，则安培力的方向、电流方向、磁场方向三者互相垂直；若电流方向和磁场方向不垂直，则安培力的方向垂直于电流方向，也同时垂直于磁场方向。
也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
例1．如图2所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，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
3.安培力大小：
⑴当导线方向与磁场方向垂直时，电流所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向平行时，所受的安培力最小等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和最小值之间。
⑵当通电导线方向与磁场方向有一个夹角θ时如图3，我们可以把磁感应强度B分解为两个分量：
一个是跟通电导线方向平行的分量B1＝Bcosθ，另一个是跟通电导线方向垂直的分量B2＝Bsinθ。
B1与通电导线方向平行，对电流没有作用力，电流受到的力是由B2决定的，即F＝ILB2。
将B2＝Bsinθ代入上式，得到F＝ILBsinθ。
公式F＝BIL是上式θ＝90°时的特殊情况。
例2．如图4所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。
当金属杆中通有方向a→b的电流I时，每根金属丝的拉力大小为T。
当金属杆通有方向b→a的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2T。
求磁场的磁感应强度B的大小。
4.磁电式电流表
⑴电流表的组成：
永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。
（教材P96，图3.4-5）
⑵磁电式电流表的结构和工作原理：
（教材P93）
⑶磁电式仪表的优缺点：
优点：
灵敏度高，可以测出很弱的电流；
缺点：
绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）.如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。
【当堂达标】1.画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向
2.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列说法中正确的有（）
A.通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同
B.不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等
C.通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同
D.不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行
3．正在通电的条形电磁铁的铁心突然断成两截，则两截铁心将（）
A.互相吸引 B.互相排斥
C.不发生相互作用 D.无法判断
4．如图，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（）
A.向右飞行的正离子B.向左飞行的正离子
C.向右飞行的负离子D.向左飞行的负离子
5．如图所示，匀强磁场中有一通以方向如图的稳定电流的矩形线abcd，可绕其中心轴转动，则在转动过程中（）
A．ab和cd两边始终无磁场力作用。
B．ab和cd两边所受磁场力大小和方向在转动过程中不断变化。
C．线圈在磁场力作用下转动过程中合力始终不为零。
D．ab、cd两边受到和磁场力的大小和方向在转动过程中始终保持不变。
【当堂达标】1．略2．BD3．A4．BC5．D
【教总51】通电导线在磁场中受到的力导学案二
主备人：
程哲审核人：
李万泽
【教学目标】
1、观察安培力方向和哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向
2、推导匀强磁场中安培力表达式，计算匀强磁场中安培力的大小
【重难点】
1、安培力的大小和方向是本节重点
2、弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系式本节难点
【教学过程】
1．关于通电导线所受安培力F的方向，磁场B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．F、B、I三者必须保持相互垂直B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直
C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直
2．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如下图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力
A．大小不变，方向不变B．由零增大到最大，方向时刻改变
C．由最大减小到零，方向不变D．由零增大到最大，方向不变
3．如下图所示，F是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是（ ）
答案：
AD
4.如右图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如右图．当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是（ ）
A．竖直向上 B．竖直向下C．水平向里D．水平向外
解析：
由于带负电的圆环顺时针方向旋转，形成的等效电流为逆时针方向，所产生的磁场方向竖直向上．由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里．
答案：
C
5.如右图所示，直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如右图所示，如果直导线可以自由地运动，且通以从a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况（ ）
A．从上向下看，顺时针转动并靠近螺线管B．从上向下看，顺时针转动并远离螺线管
C．从上向下看，逆时针转动并远离螺线管D．从上向下看，逆时针转动并靠近螺线管
答案：
D
6．如右图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿＋x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿＋y方向，则（ ）
A．该通电导线一定不会沿平行Ox方向放置
B．该通电导线一定平行Oz方向放置
C．无论通电导线怎样放置，它总受到＋y方向的安培力
D．沿＋x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向
解析：
当通电导线与匀强磁场平行时，它不受安培力作用，而题意说导线受到安培力作用，说明导线一定不会沿平行Ox方向放置，因此选项A正确；根据左手定则确定的关系可知：
安培力一定垂直于磁场方向和电流方向确定的平面，但电流方向不一定与磁场方向垂直，因此选项B错误；根据左手定则判定知：
通电导线如果任意放置在xOz平面内，它受到的安培力时，方向有沿＋y方向和－y方向两种可能，沿Ox方向观察，当电流向右时，安培力沿＋y方向；当电流向左时，安培力沿－y方向．因此选项C错误，选项D正确．
答案：
AD
7．如图所示，用细绳悬于O点的可自由转动的通电导线AB放在蹄形磁铁的上方，当导线中通以图示方向电流时，从上向下看，AB的转动方向及细绳中张力变化的情况为（ ）
A．AB顺时针转动，张力变大B．AB逆时针转动，张力变小
C．AB顺时针转动，张力变小D．AB逆时针转动，张力变大
解析：
在导线上靠近A、B两端各取一个电流元，A处的电流元所在磁场向上穿过导线，根据左手定则，该处导线受力向外，同理B处电流元受安培力向里，所以从上向下看，导线逆时针转动，同时，由于导线转动，所以电流在垂直纸面方向有了投影，对于此有效长度来说，磁感线是向右穿过导线，再根据左手定则可判定导线有向下运动的趋势，故选D.
答案：
D
【教总52】3.5运动电荷在磁场中受到的力导学案一
主备人：
程哲审核人：
李万泽
【教学目标】
1．知识与技能
（1）知道什么是洛伦兹力。
利用左手定则判断洛伦兹力的方向。
（2）知道洛伦兹力大小的推理过程。
（3）掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
（4）了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。
理解洛伦兹力对电荷不做功。
（5）了解电视显像管的工作原理。
【教学重点难点】
重点：
1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。
洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。
2．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
这一节承上（安培力）启下（带电粒子在磁场中的运动），是本章的重点。
难点：
1.洛伦兹力对带电粒子不做功。
2．洛伦兹力方向的判断。
洛伦兹力计算公式的推导。
【教学过程】
一、课前复习
前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：
1．如图判定安培力的方向
若已知上图中：
B＝4.0×10－2T，导线长L＝10cm，I＝1A。
求：
导线所受的安培力大小？
2．什么是电流？
二、新课教学
1．洛伦兹力的方向和大小
（1）洛伦兹力的定义：
，通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。
【说明】可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：
磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。
运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？
如图
（2）洛伦兹力的方向——左手定则
伸开左手，使大拇指与其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向运动的方向，那么拇指所受的方向就是的方向；若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
特别提醒：
洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面．B与v可以垂直，可以不垂直。
因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功，它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小．
正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反（先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定）。
2．电视机显像管的工作原理
问题1：
要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？
问题2：
要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？
问题3：
要使电子打在荧火屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？
3．实例探究
洛伦兹力的方向
例1关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．F、B、v三者必定均保持垂直B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v
C．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vD．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
例2如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图（其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直）。
其中正确的是（ ）
洛伦兹力的大小
例3如图所示，匀强磁场方向水平向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。
则（ ）
A．若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动
B．若电子从右向左飞入，电子将向上偏转
C．若电子从右向左飞入，电子将向下偏转
D．若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动
例4一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入（若不计重力影响），粒子将在管中
A．做圆周运动B．沿轴线来回运动C．做匀加速直线运动D．做匀速直线运动
三、
试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
四、布置作业课本“问题与练习”3、4、5题。
【教总53】运动电荷在磁场中受到的力导学案二
主备人：
程哲审核人：
李万泽
【学习目标】
1．知识与技能
（1）知道什么是洛伦兹力。
利用左手定则判断洛伦兹力的方向。
（2）知道洛伦兹力大小的推理过程。
（3）掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
（4）了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。
理解洛伦兹力对电荷不做功。
（5）了解电视显像管的工作原理。
【教学重点难点】
重点：
1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。
洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。
2掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
这一节承上（安培力）启下（带电粒子在磁场中的运动），是本章的重点。
难点：
1.洛伦兹力对带电粒子不做功。
【教学过程】1．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将（ ）
A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地点，稍向东偏转
C．相对于预定地点，稍向西偏转D．相对于预定地点，稍向北偏转
答案：
B
解析：
地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电，根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．
2．下列说法正确的是（ ）
A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度
D．洛伦兹力对带电粒子不做功
答案：
D
解析：
洛伦兹力是磁场对不平行于磁场的运动电荷的作用力，故A、B错．洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向，始终不做功，不改变电荷的动能，但改变带电粒子的速度方向，故C错、D正确．
3．一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则（ ）
A．此空间一定不存在磁场B．此空间可能有磁场，方向与电子速度平行
C．此空间可能有磁场，方向与电子速度垂直D．以上说法都不对
答案：
B
解析：
电子速度方向平行磁场时不受洛伦兹力，不偏转；电子速度方向垂直磁场时一定有洛伦兹力，发生偏转．B正确，ACD错误．
4．一个长螺线管中通有交变电流（电流方向和大小不断变化），把一个带电粒子沿管轴线匀速射入管中，不计重力，粒子将在管中（ ）
A．做圆周运动 B．沿轴线来回运动
C．做匀加速直线运动D．做匀速直线运动
答案：
D
解析：
通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿磁感线运动时不受洛伦兹力，所以一直保持原匀速直线运动状态不变．
5．关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是（ ）
A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C．这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律
D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功
答案：
BD
解析：
电流是电荷的定向移动，安培力是磁场对导体内定向移动电荷所施加的洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，所以不能对运动电荷做功；而安培力作用在导体上，可以让导体产生位移，因此能对导体做功．这两种力是同一性质的力，同样遵守牛顿第三定律，反作用力作用在形成磁场的物体上，选项B、D正确．
6．如图所示，匀强磁场B垂直于yOz平面竖直向上，要使速率相同的电子进入磁场后，受到的洛伦兹力最大，并且洛伦兹力的方向指向y轴正方向，那么电子运动方向可能是（ ）
A．沿z轴正方向进入磁场B．沿y轴负方向进入磁场
C．在yOz平面内，沿任何方向进入D．在xOz平面内，沿某一方向进入
答案：
D
解析：
A项洛伦兹力沿y轴负方向，选项A错误．B项洛伦兹力沿z轴负方向，选项B错误．沿yOz平面入射的电子虽然都满足F最大条件，但不能都满足洛伦兹力方向沿y轴正方向的条件，只有沿z轴负方向入射的才满足条件，选项C错误．若在xOz平面内沿z轴负方向射入电子，电子受洛伦兹力最大且指向y轴正方向，选项D正确．
7．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将（ ）
A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转
答案：
D
解析：
由安培定则可判断阴极射线管所在处的磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则判断阴极射线在磁场中受洛伦兹力方向向上，故D正确，A、B、C错误．
8．一个电子以1.2×107m/s的速率射入磁感应强度为0.02T的匀强磁场中．当速率v与磁感应强度B的夹角θ为30°和60°时，电子所受的洛伦兹力分别是多大？
答案：
1.92×10－14N 3.33×10－14N
解析：
（1）F1＝evBsinθ1
＝1.6×10－19×1.2×107×0.02×
N
＝1.92×10－14N
（2）F2＝evBsinθ2
＝1.6×10－19×1.2×107×0.02×
N
≈3.33×10－14N
9．如图所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属棒AB从高h处自由下落，则（ ）
A．A端先着地B．B端先着地
C．两端同时着地D．以上说法均不正确
答案：
B
解析：
AB棒中自由电子随棒一起下落，有向下速度，并受到向左的洛伦兹力，故自由电子往左端集中，因此A端带负电，B端带正电．A端受到向上静电力，B端受到向下静电力，B端先着地．
升级会员 