高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力导学案

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1 磁场对通电导线的作用力
[学习目标] 1.通过实验探究安培力的方向与哪些因素有关，会用左手定则判断安培力的方向(重点)。2.结合已学知识，推导安培力的大小的表达式(重点)。3.观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。
一、安培力的方向
1．安培力：________________在磁场中受的力。
2．安培力的方向与____________________、________________有关。
3．左手定则：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________________________，并使四指指向________________________，这时________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
说明：安培力方向既________于电流方向，又________于磁场方向，即________于电流I和________及所决定的平面。
如图所示，同向电流相互吸引，请利用安培力方向的知识解释？
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例1 画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。
例2 在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。
二、安培力的大小
如图所示，导线长度为l，电流为I，磁场的磁感应强度为B。
1．写出甲、乙两图中导线所受安培力的大小；
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2．试推导丙图中导线所受安培力的大小。
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安培力的大小：F＝BIl·sin θ
说明 ①θ为B与I方向的夹角
当θ＝0°时，即B∥I，F＝0
当θ＝90°时，即B⊥I，F＝BIl
②表达式F＝BIlsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线段的长度(如图虚线所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端。
例3 (多选)如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I，则下列选项正确的是( )

A．图甲中导体棒所受的安培力大小为BIL
B．图乙中导体棒所受的安培力大小为BIL
C．图丙中导体棒所受的安培力大小为eq \f(\r(3),2)BIL
D．图丁中导体棒所受的安培力大小为eq \f(\r(3),2)BIL
例4 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，则导线abcd受到的磁场的作用力的合力( )
A．方向沿纸面向上，大小为(eq \r(2)＋1)BIL
B．方向沿纸面向上，大小为3BIL
C．方向沿纸面向下，大小为(eq \r(2)＋1)BIL
D．方向沿纸面向下，大小为3BIL
三、磁电式电流表
1．磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。
2．磁电式电流表的工作原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动
(1)被测电流越大，________________的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。
(2)当线圈中电流方向改变时，__________________随之改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道__________________。
3．磁电式电流表的特点：
(1)磁体和铁芯之间是__________________的磁场
(2)线圈平面始终与磁感线________
(3)表盘刻度均匀分布
4．优点：灵敏度高，可以测量________的电流。
5．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流________。
结合磁电式电流表的工作原理，若要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过________(填“增加”或“减少”)线圈的匝数、________(填“增大”或“减小”)永磁体的磁感应强度、________(填“增加”或“减少”)线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。
例5 如图甲是高中物理电学实验中常用的磁电式电流表的结构，其内部磁场分布和线圈中电流流向剖面示意如图乙所示。关于磁电式电流表的下列各项说法中正确的是( )
A．当线圈在如图乙所示位置时b端受到的安培力方向向上
B．线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大
C．电流表中的磁场是匀强磁场
D．线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力