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精品导学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力精品导学案及答案，共1页。学案主要包含了自主预习，典例精讲，核心素养专练，参考答案等内容，欢迎下载使用。

一、自主预习
1. 安培做了通电平行导线间相互作用的实验，证明通电导线间就像磁极和磁极之间一样，也会发生相互作用（如图所示），甲图中两导线通以相同方向的电流时，它们相互________（选填“吸引”或“排斥”），乙图中两导线通以相反方向的电流时，它们相互________（选填“吸引”或“排斥”）。
2．安培力方向与________方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。
课堂探究
情景设问
在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
新知探究
考点一：安培力的方向
安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力，把电流的单位定为安培。
在电场中，正电荷所受电场力的方向就是电场强度的方向。那么，在磁场中，通电导体在磁场中的受力方向是不是磁感应强度的方向呢？
实验现象
结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直
思考与讨论：左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心垂直穿入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体在磁场中所受安培力的方向。
同向电流相互吸引
反向电流相互排斥
考点二：安培力的大小
1.大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比。
2. 公式：F = BIL
（1）当 I⊥B 且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。
（2）当导线方向与磁场方向一致时(即 I∥B )，电流所受的安培力最小，等于零。
（3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时，所受安培力介于最大值和最小值之间： F安 = BILsin θ
思考：对公式 F = BIL 的理解。
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。
3. 弯曲导线变成直导线L是有效长度，不一定是导线实际长度。
1.当电流与磁场方向垂直时，F = ILB
2.当电流与磁场方向夹θ角时，F = ILBsinθ
F、B、I方向的关系
(1)安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
(2)安培力与磁场垂直，安培力也与电流方向垂直。
(3)安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直。
即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
考点三：磁电式电流表
在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。
1. 磁电式电流表的构造
刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。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。
探究：2. 电流表的工作原理
( 1 ) 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。
线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
（2）磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
表盘的刻度均匀，θ ∝ I
（3）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
三、典例精讲
例题展示
例1
下列说法中正确的是（ ）
A．在围绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中，不可以用牛顿第二定律“测”物体质量
B．小灯泡伏安特性曲线（I-U图像）上，某点的斜率为小灯泡在该电压下电阻的倒数
C．公式E=F/q、a=F/m都应用了比值定义法，定义的物理量不随定义所用的物理量大小而收变
D．“探究直导线在匀强磁场中所受安培力与哪些因素有关”的实验中，采用了控制变量法
例2
如图所示，空间分布着匀强磁场，xOy面内有一通电导线AO，导线与Ox轴夹角为45°，电流由A流向O。有关安培力与磁场方向关系，下列说法正确的是（ ）
A．若磁场沿x轴正向，则安培力沿z轴负向
B．若磁场沿y轴正向，则安培力沿z轴负向
C．若磁场沿z轴正向，则安培力沿x轴正向
D．若磁场沿z轴负向，则安培力沿x轴负向
四、核心素养专练
核心素养专练
1.两根电流大小相同的通电直导线A和B用相同的丝线悬挂在水平天花板上，导线A的电流方向向里如图所示。在空间中加竖直方向的磁场可以使两根丝线与天花板垂直，则B的电流方向和所加的磁场方向分别为（ ）
A．向里 竖直向上B．向里 竖直向下
C．向外 竖直向上D．向外 竖直向下
2.一长为L的直导线置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，导线中的电流为I。下列说法正确的是（ ）
A．通电直导线受到安培力的大小为ILB
B．无论通电直导线如何放置，它都将受到安培力
C．安培力是载流子受到的洛伦兹力的宏观表现，所以安培力对通电直导线不做功
D．通电直导线所受安培力的方向垂直于磁感应强度方向和电流方向构成的平面
3.如图所示，在架子上吊着一根绝缘导线，右侧导线下部某处装有一个铅坠，使导线保持竖直状态，下端连接着一个铝箔刷子，刷子下方放置一张铝箔，调整刷子的高度使之下端刚好与铝箔接触。将左侧导线接到电源的正极上，电源的负极连接铝箔，用可移动的夹子水平地夹住一根强磁铁，右端N极正对右侧导线，接通电源，发现右侧导线在摆动。下列判断正确的是（ ）
A．右侧导线开始时垂直纸面向里摆动
B．右侧导线在摆动过程中一直受到安培力作用
C．右侧导线在整个摆动过程中安培力对其做正功
D．同时改变电流方向及磁铁的磁极方向，右侧导线开始摆动方向与原来相同
4.如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳竖直悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b，忽略导线对硬直导线两端的弹力，下列说法中正确的是（ ）
A．闭合开关S瞬间，硬直导线a端所受安培力向上
B．闭合开关S后，从上往下看，硬直导线顺时针旋转
C．闭合开关S后，轻绳中的拉力会变小
D．若只增加通电螺线管的线圈匝数，则硬直导线处于同一位置时所受安培力减小
五、参考答案
参考答案
自主预习
1. 甲图中，研究右导线的受力情况：将左导线看成场源电流，根据安培定则可知，它在右导线处产生的磁场方向向外，由左手定则判断可知，右导线所受的安培力方向向左；同理，将右导线看成场源电流，左导线受到的安培力向右，两导线要靠拢，说明电流方向相同时，两导线相互吸引；
同理可知：当通入电流方向相反时，两导线远离，两导线相互排斥；
故答案为：吸引，排斥。
2. 导线
典例精讲
例1.
可以利用弹簧测力计测出水平拉力，再测出物体的加速度，利用牛顿第二定律即可算出物体的质量，故A错误；
B、该点与原点的连线斜率为小灯泡在该电压下电阻的倒数，故B错误；
C、a=F/m不是比值定义式，a与F成正比，a与m成反比，故C错误；
D、探究“直导线在匀强磁场中所受安培力与哪些因素有关”的实验，采用了控制变量法，D正确。
故选：D。
例2.
当导线AO放在xOy面上通以电流I，导线与Ox夹角为45°时，
A、若磁场沿x轴正向，根据左手定则，可知，安培力沿z轴正方向，故A错误；
B、若磁场沿y轴正向，根据左手定则，可知，安培力沿z轴负方向，故B正确；
C、若磁场沿z轴正向，根据左手定则，可知，安培力在xOy平面内，垂直于AO斜向左上方，故C错误；
D、若磁场沿z轴负向，根据左手定则，可知，安培力在xOy平面内，垂直于AO斜向右下方，故D错误；
故选：B。
核心素养专练
1．解析 两根电流方向若同向，受到外磁场力同向，电流间作用力反向，不可能使得绳子竖直，故B中电流一定向外；
两电流反向，故两电流相互排斥，对A分析可知，A受B向左的力，要使A平衡，磁场对A的作用力向右，由左手定则可知，磁场方向竖直向上，故C正确，ABD错误。
故选：C。
2．解析 A、只有当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线受到安培力的大小才为IBL，故A错误；
B、当通电导线与磁场平行时，它不受安培力，故B错误；
C、安培力是载流子受到的洛伦兹力的宏观表现，安培力对通电导线也能做功，故C错误；
D、通电直导线所受安培力的方向既垂直于磁感应强度方向又垂直于电流方向，即垂直于磁感应强度方向和电流方向构成的平面，故D正确。
故选：D。
3．解析 A、导线中是电流向下，所在处的磁场向右，由左手定则判断，导线受安培力垂直纸面向外，所以开始时导线垂直纸面向外摆动，A故错误；
B、由于刷子的下端刚好与铝箔接触，所以导线摆动以后，铝箔刷子与铝箔分离，电流为0，安培力为0，故B错误；
C、导线摆起一定角度后往回摆动，铝箔刷子与铝箔再次接触，安培力依然向外，导线的垂直纸面向里摆动，所以安培力做负功，故C错误；
D、同时改变电流方向及磁铁的磁极方向，由左手定则可知，安培力方向不变，所以右侧导线开始摆动方向与原来相同，故D正确。
故选：D。
4．解析 A、根据右手定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁极--N极在右侧，通电螺线管在导线a端所在位置产生的磁场方向为斜向左下方，根据左手定则，a端受到的安培力垂直纸面向里，故A错误；
B、闭合开关后，由上一问的结论，a端受力向里，而且b端受力向外，所以从上往下看，硬直导线顺时针旋转，故B正确；
C、闭合开关后，导线顺时针转动后，导线中的电流与螺旋管上端的电流同向，同向相吸，所以拉力将增大，故C错误；
D、若只增加通电螺线管的线圈匝数，则硬直导线每处的磁感应强度增加，则所受安培力增大，故D错误。
故选：B。