磁场对通电导线的作用力活动单.doc

薛窑中学2008-2009学年度高一物理第二学期选修3-1活动单
第四节 、磁场对通电导线的作用力
学习目标
1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题。知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。
3、了解磁电式电流表的内部构造及工作原理。
学习重点、难点：
重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
活动过程：
安培力：磁场对电流（通电导线）的作用力。
安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献。
活动一、研究安培力的方向与哪些因素有关
实验时，发现改变电流的方向，导体向相反的方向运动，这说明安培力的方向与 有关；调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，导体又向相反的方向运动。这说明安培力的方向与 有关。
人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则。
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，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，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。（如右图）
*确定一般情形下的安培力方向的方法：
电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，可将磁场分解为一个垂直于电流方向的分量和一个平行于电流方向的分量，再用垂直分量判断就行。（见反馈1的d图）
反馈1、 画出图中第三者的方向

反馈2 、画出图中导体棒受到安培力的方向

活动二、区别安培定则和左手定则，并且用这两个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验（P92图3.4—3）。

反馈3、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（ 　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab

活动三、熟练掌握安培力大小的计算
通电导线电流为I，导线长为L，磁场磁感应强度为B，通电导线所受的安培力大小为F
1、两种特例：即F = (I⊥B)和F = (I∥B)。
2、一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有F =
。
反馈4、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)

注：尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。
①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。
②公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。（物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。）
活动四、了解磁电式电流表的构造及原理
（1）电流表的组成及磁场分布
问题1：电流表主要由哪几部分组成的？
电流表的组成：
问题2：为什么说电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的？
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。
（2）电流表的工作原理
①线圈的转动是怎样产生的?

②线圈为什么不一直转下去？

③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?

④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向?

⑤使用时要特别注意什么?

活动五、阅读课本P93做一做，说说液体怎样旋转（俯视图），并解释。

课堂反馈
1、 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MN，导线与磁场垂直，给导线通以由N向M的电流，则（ ）
A. 磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用
D. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用

2、如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L＝0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平面，B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）

3、水平放置的两个平行金属轨道相距0.2m上面有一质量为0.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为６V，内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个垂直与ab的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零，求匀强磁场的大小和方向。
　若保持磁感应强度B的大小不变，方向顺时针转37°，此时ab仍然静止，则轨道对ab的支持力和摩擦力为多大？

第四节 、磁场对通电导线的作用力
学习目标
1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题。知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。
3、了解磁电式电流表的内部构造及工作原理。
学习重点、难点：
重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
活动过程：
安培力：磁场对电流（通电导线）的作用力。
安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献。
活动一、研究安培力的方向与哪些因素有关
实验时，发现改变电流的方向，导体向相反的方向运动，这说明安培力的方向与 有关；调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，导体又向相反的方向运动。这说明安培力的方向与 有关。
人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则。
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，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，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。（如右图）
*确定一般情形下的安培力方向的方法：
电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，可将磁场分解为一个垂直于电流方向的分量和一个平行于电流方向的分量，再用垂直分量判断就行。（见反馈1的d图）
反馈1、 画出图中第三者的方向

反馈2 、画出图中导体棒受到安培力的方向

活动二、区别安培定则和左手定则，并且用这两个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验（P92图3.4—3）。

反馈3、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（ 　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab

活动三、熟练掌握安培力大小的计算
通电导线电流为I，导线长为L，磁场磁感应强度为B，通电导线所受的安培力大小为F
1、两种特例：即F = (I⊥B)和F = (I∥B)。
2、一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有F =
。
反馈4、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)

注：尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。
①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。
②公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。（物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。）
活动四、了解磁电式电流表的构造及原理
（1）电流表的组成及磁场分布
问题1：电流表主要由哪几部分组成的？
电流表的组成：
问题2：为什么说电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的？

（2）电流表的工作原理
①线圈的转动是怎样产生的?

②线圈为什么不一直转下去？

③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?

④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向?

⑤使用时要特别注意什么?

活动五、阅读课本P93做一做，说说液体怎样旋转（俯视图），并解释。

课堂反馈
1、 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MN，导线与磁场垂直，给导线通以由N向M的电流，则（ ）
A. 磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用
D. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用

2、如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L＝0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平面，B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）

3、水平放置的两个平行金属轨道相距0.2m上面有一质量为0.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为６V，内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个垂直与ab的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零，求匀强磁场的大小和方向。
　若保持磁感应强度B的大小不变，方向顺时针转37°，此时ab仍然静止，则轨道对ab的支持力和摩擦力为多大？