高中物理第5章磁场与回旋加速器5.3探究电流周围的磁场教案2沪科版选修3_1
5.3探究电流周围的磁场-沪科教版选修3-1教案
5.3 探究电流周围的磁场-沪科教版选修3-1教案一、教学目的1.了解电流周围的磁场；2.掌握伏安定律，了解深圳规定；3.了解电磁铁、电动机、发电机等的原理；4.了解我国初中学生应学习的物理知识。
二、教学重难点1.了解电流周围磁场的概念和特点；2.掌握伏安定律的内容；3.掌握电磁铁、电动机、发电机等的物理原理。
三、教学内容3.1 导入进入教室运动一下手臂，感受到手臂停止后的回弹感受，引导学生想一想，是什么力让手臂动起来的？回答后，老师让学生自己做一个小实验，将一根导线连接到电源上，并放在铁钉上，再将另一只手伸到导线正上方，让学生感受手上是否有力场。
3.2 观察电流周围的磁场接着，老师拿来弯曲的导线，让学生围成圆环，将铁屑撒在圆环上方，观察圆环周围的磁场。
老师进行适当解释，引导学生观察和探究。
3.3 伏安定律伏安定律的实验：选用几支不同长度和材料的导线，接到电源上形成闭合电路，实验员接入电流和测量电路中的电压和电流。
记录数据并测出每个导线的电阻值，由伏安定律得到各个导线的电流强度。
3.4 电磁铁和电动机讲解电磁铁和电动机的原理：通过简单的图解和实物进行讲解，让学生明白电动机是如何工作的。
3.5 发电机讲解发电机的原理：通过图解和实物进行讲解，引导学生理解发电机的基本工作原理、优点和缺点。
3.6 总结总结今天的学习内容，检查学生是否学到了今天的知识点。
回答学生的问题，解决学生的问题，引导学生进行思考和探究。
四、教学方法1.感性认识法：通过实验和观察，让学生感受到电流周围的磁场；2.归纳法：通过对实验数据的分析和总结，引导学生得出伏安定律；3.讲解法：通过图解和实物，讲解电磁铁、电动机和发电机的基本原理。
五、课后作业1.对电流周围的磁场和伏安定律进行反思和总结；2.研究电磁铁、电动机、发电机的动力学原理，探究这些动力学原理在实际中的应用。
高中物理第5章磁场与回旋加速器3探究电流周围的磁场沪科31沪科3
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根据安培假设的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这 种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相 对地球定向移动的电荷，那么由此推断，地球应该带什么电 呢？ 提示：根据地磁分布和安培定则知地球应带负电.
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学案导引
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解析：选 ABD．小磁针 N 极受力方向是该点的磁感应强度方 向，由安培定则及地磁场、条形磁铁、蹄形磁铁磁场分布可 知选项 A、B、D 正确.
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学案导引
探究磁现象的本质
安培如何从分子电流的角度理解铁棒被磁化或被消磁的？ 1.安培分子电流假说内容
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2.(多选)用安培分子电流假说可以解释下列 哪些现象( ) A．永久磁铁的磁场 B．直线电流的磁场 C．环形电流的磁场 D．软铁棒被磁化的现象
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解析：选 AD．安培分子电流假说是为解释磁体的磁现象而 提出的，所以选项 A、D 是正确的.而通电导线周围的磁场是 由其内部自由电荷定向移动形成的宏观电流产生的.分子电 流和宏观电流虽然都是由运动电荷引起的，但产生的原因是 不同的.
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安培定则
立体图
横截面图 纵截面图
环
形
电
流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
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安培定则 立体图 横截面图
纵截面图
通
高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.3 探究电流周围的磁场学案 沪科版选修31
5.3 探究电流周围的磁场1．电流的磁场电流周围产生的磁场的方向可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定。
直线电流的磁场(1)判断通电直导线周围的磁场：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的方向。
(2)环形电流的磁场。
预习交流1环形电流的方向跟中心轴上的磁感线方向之间有什么关系？怎样判断环形电流的磁感线的方向？答案：垂直。
环形电流的磁感线方向用安培定则判断：如图所示，右手弯曲的四指指向环形电流的方向，则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向。
(3)通电螺线管的磁场。
预习交流2通电螺线管的磁场也可以用安培定则来判断，请参见如图判断通电螺线管内部的磁感线的方向。
答案：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，拇指指向通电螺线管的北极。
2．探究磁现象的本质安培分子电流假设：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。
预习交流3假设地球的磁场是由于地球带某种电荷而又绕地轴自转产生的，你认为地球带有什么电荷？答案：由于地理北极在地磁南极附近，故地球内部磁场方向是由北指向南，而地球自转方向是自西向东转，据安培定则知地球应带负电荷。
一、电流的磁场如图所示，环形导线中有一小磁针，未通电时如图放置，通电后的转向及最后N极的指向将怎样？答案：线圈通电后形成顺时针电流，由安培定则可判断线圈形成的磁场方向为线圈内垂直纸面向里，线圈外为垂直纸面向外。
小磁针北极指向磁场方向，所以北极向纸内转动。
如图中，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。
答案：见解析解析：根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向从下向上，c中电流方向是逆时针，d中磁感线的方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线的方向向右。
高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.5 探究洛伦兹力教案 沪科版选修31
5.5 探究洛伦兹力1．洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。
(1)洛伦兹力的方向：用左手定则判断，伸开左手，拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
(2)洛伦兹力的大小安培力可以看成是大量的运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力则是安培力的微观解释。
洛伦兹力的大小公式为f＝qvB，其中q表示运动电荷的电荷量，v表示电荷的运动速度，B表示磁感应强度。
此公式适用于速度方向跟磁场方向垂直的情况。
预习交流1如图所示，如果在电子射线管上方平行于管轴放置一根载流导线，电流方向如图所示，电子射线将朝什么方向偏转？电流反向后情况如何？想一想：为什么禁止将磁铁靠近正在播放节目的电视机？答案：由安培定则可得导线产生的磁场在导线上方垂直纸面向外，在导线下方垂直纸面向里，再由左手定则可得电子射线向下偏，电流反向后同理可得电子射线向上偏，因为电视显像管应用了电子束磁偏转的道理，所以将磁铁靠近正在播放节目的电视机时磁铁的磁场会影响电子的运动使图像变形。
2．研究带电粒子在磁场中的运动利用阴极射线管实验观察带电粒子在磁场的运动轨迹，让电子束垂直磁场方向进入匀强磁场的空间，将发现阴极射线在匀强磁场中的运动轨迹是圆周，即带电粒子垂直磁场方向进入，在匀强磁场中做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，与速度方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功。
3．带电粒子的轨道半径和周期(1)轨道半径：由方程qvB＝2vmr得，r＝mvqB。
在匀强磁场中做圆周运动的带电粒子，它运动的轨道半径跟其运动的速率成正比。
(2)运动周期：由T＝2rqBπ和r＝mvqB得，T＝2mqBπ。
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与它运动的轨道半径、运动的速率无关。
预习交流2带电粒子在匀强磁场中为什么会做匀速圆周运动？答案：带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，该力与运动速度方向垂直，充当向心力，由于向心力不做功，也就是洛伦兹力对运动电荷不做功，因此它不改变速度的大小，只改变速度的方向，所以运动电荷做匀速圆周运动。
高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.5 探究洛伦兹力学案 沪科版选修3-1
亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……学习资料专题5.5 探究洛伦兹力[知识梳理]一、洛伦兹力及其大小、方向1．洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力．2．左手定则伸直左手，让大拇指与四指垂直且在同一平面内，四指指向正电荷运动方向，让磁感线穿入手心，大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向，如图551所示．对于负电荷，四指指向负电荷运动的相反方向．图5513．洛伦兹力的大小(1)推导过程：长为L的导体垂直磁场放置，通入电流为I，受到的安培力F＝BIL，而I＝nqSv，导体中的电荷总数为N＝nLS，所以每个电荷受到的磁场力(即洛伦兹力)为f＝FN＝qvB.(2)公式：f ＝qvB .(3)成立条件：速度方向与磁场方向垂直． 二、带电粒子在磁场中的运动1．带电粒子垂直进入磁场，只受洛伦兹力作用，带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力．2．轨道半径：由于洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r ，由此推得r ＝mvBq.3．运动周期：由T ＝2πr v 和r ＝mv Bq ，联立求得T ＝2πmBq.[基础自测]1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．) (1)只要将电荷放入磁场中，电荷就一定受洛伦兹力．(×) (2)洛伦兹力的方向只与磁场方向和电荷运动方向有关．(×) (3)判断电荷所受洛伦兹力的方向时，应同时考虑电荷的电性．(√) (4)当带电粒子的速度方向与磁场方向相同时，粒子做匀加速运动．(×) (5)带电粒子速度越大，在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径越大．(√) (6)速度越大，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期越大．(×) 【提示】(1)× 运动电荷的速度方向与磁场方向不平行时才会受洛伦兹力． (2)× 洛伦兹力方向还跟电荷的正、负有关．(4)× 方向相同，粒子不受洛伦兹力，故做匀速直线运动． (6)× 周期公式为T ＝2πm qB，周期大小与速度无关．2．图中带电粒子所受洛伦兹力的方向向上的是( )【导学号：69682272】A [A 图中带电粒子受力方向向上，B 图中带电粒子受力方向向外，C 图中带电粒子受力方向向左，D 图中带电粒子受力方向向外．故A 正确．]3．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是( ) A ．速率越大，周期越大B ．速率越小，周期越大C ．速度方向与磁场方向平行D ．速度方向与磁场方向垂直D [由粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式T ＝2πmqB可知，周期的大小与速率无关，A 、B 错误，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，速度方向与磁场方向垂直，C 错误，D 正确．]4．(多选)如图552所示，在两个不同的匀强磁场中，磁感强度关系为B 1＝2B 2，当不计重力的带电粒子从B 1磁场区域运动到B 2磁场区域时(在运动过程中粒子的速度始终与磁场垂直)，则粒子的( )【导学号：69682273】图552A ．速率将加倍B ．轨道半径将加倍C ．周期将加倍D ．做圆周运动的角速度将加倍BC [粒子在磁场中只受到洛伦兹力，洛伦兹力不会对粒子做功，故速率不变，A 错；由半径公式r ＝mvBq，B 1＝2B 2，则当粒子从B 1磁场区域运动到B 2磁场区域时，轨道半径将加倍，B 对；由周期公式T ＝2πm Bq ，磁感应强度减半，周期将加倍，C 对；角速度ω＝2πT，故做圆周运动的角速度减半，D 错．][合 作 探 究·攻 重 难](1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，F 、B 、v 三者的方向关系是：F ⊥B 、F ⊥v ，但B 与v 不一定垂直．(2)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小．2．洛伦兹力和安培力的关系(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释． (2)大小关系：F 安＝Nf (N 是导体中定向运动的电荷数)．(3)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断． (4)洛伦兹力永远不做功，但安培力可以做功． 3．洛伦兹力与电场力的比较正确的是( )图553A ．金属块上下表面电势相等B ．金属块上表面电势高于下表面电势C ．金属块上表面电势低于下表面电势D ．无法比较两表面的电势高低思路点拨：①金属导体中导电的是自由电子． ②负电荷受洛伦兹力的方向和正电荷相反．C [由左手定则知自由电子所受洛伦兹力方向向上，即自由电子向上偏，所以上表面电势比下表面电势低．C 正确．]判断洛伦兹力方向应注意的三点(1)洛伦兹力必垂直于v 、B 方向决定的平面．(2)v 与B 不一定垂直，当不垂直时，磁感线不再垂直穿过手心．(3)当运动电荷带负电时，四指应指向其运动的反方向．[针对训练]1．(多选)如图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动速度v和磁场对负电荷洛伦兹力F的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B、v、F两两垂直)( )ABC[根据左手定则，使磁感线垂直穿入手心，四指指向v的反方向，从大拇指所指方向可以判断，A、B、C图中所标洛伦兹力方向均正确，D图中所标洛伦兹力方向错误．]2.带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示了粒子的径迹，这是云室的原理．如图554所示是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中oa、ob、oc、od是从o点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是( )图554A．四种粒子都带正电B．四种粒子都带负电C．打到a、b点的粒子带正电D．打到c、d点的粒子带正电D[由左手定则知打到a、b点的粒子带负电，打到c、d点的粒子带正电，D正确．]1(1)知道磁场中两点速度方向，则带电粒子在两点所受洛伦兹力作用线的交点即为圆心．如图555(a)所示．(2)知道磁场中一点速度方向和另一点位置，则该点所受洛伦兹力作用线与这两点连线的中垂线的交点即为圆心，如图555(b)所示．(a) (b)图5552．求半径画圆弧后，再画过入射点、出射点的半径并作出辅助三角形，最后由几何知识求出半径． 3．求运动时间图556(1)利用t ＝θ2πT 求．即：先求周期T ，再求圆心角θ.(2)圆心角的确定①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角φ叫偏向角．偏向角等于圆心角，即α＝φ，如图556所示．②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即α＝2θ.如图557所示，一束电子(电量为e )以速度v 0垂直射入磁感应强度为B ，宽为d的匀强磁场中，电子穿出磁场的速度方向与电子原来的入射方向的夹角为30°，(电子重力忽略不计)求：图557(1)电子的质量是多少？ (2)穿过磁场的时间是多少？思路点拨：①确定了电子的圆心、半径就可以计算电子质量． ②确定了电子在磁场中运动的偏转角度就可以计算时间．【解析】 (1)电子垂直射入匀强磁场中，只受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，圆心为初速度v 0与离开磁场时速度垂线的交点，如图所示．由几何知识得轨迹的半径为r ＝dsin 30°＝2d由牛顿第二定律得：Bqv ＝m v 2r解得：m ＝2dBev 0.(2)由几何知识得，轨迹的圆心角为α＝π6所以t ＝α2πT ＝αm qB ＝πd3v 0.【答案】 (1)2dBe v 0 (2)πd3v 0带电粒子在磁场中运动解题步骤三步走(1)画轨迹：即确定圆心，画出运动轨迹．(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度的联系，偏转角度与圆心角、运动时间的联系，在磁场中的运动时间与周期的联系．(3)用规律：即牛顿运动定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式．[针对训练]3. (多选)质量和电荷量都相等的带电粒子M 和N ，以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场，带电粒子仅受洛伦兹力的作用，运行的半圆轨迹如图558中虚线所示，下列表述正确的是( )【导学号：69682274】图558A ．M 带负电，N 带正电B ．M 的速率小于N 的速率C ．洛伦兹力对M 、N 不做功D ．M 的运行时间大于N 的运行时间AC [由左手定则可知，M 带负电，N 带正电，选项A 正确；由r ＝mvqB可知，M 的速率大于N 的速率，选项B 错误；洛伦兹力对M 、N 不做功，选项C 正确；由T ＝2πmqB可知M 的运行时间等于N 的运行时间，选项D 错误．]4．如图559所示，在x 轴上方的空间存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B .许多相同的离子，以相同的速率v ，由O 点沿纸面向各个方向(y >0)射入磁场区域．不计离子所受重力及离子间的相互影响．图中曲线表示离子运动的区域边界，其中边界与y 轴交点为M ，边界与x 轴交点为N ，且OM ＝ON ＝L .图559(1)求离子的比荷q m；(2)某个离子在磁场中运动的时间为t ＝5πL6v ，求其射出磁场的位置坐标和速度方向．【解析】 (1)离子沿y 轴正方向进入，则离子从N 点垂直射出， 所以轨道半径r ＝L2.离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有qvB ＝m v 2r ，所以q m ＝2v BL.(2)带电粒子做匀速圆周运动，周期T ＝2πm qB ＝πLv.设离子在磁场中运动轨迹对应圆心角为θ，θ＝t T ×2π＝5π3＝300°.其轨迹如图虚线所示．出射位置x ＝－2r sin 2π－θ2＝－L sin π6＝－L 2.速度方向与x 轴正方向成30°角．【答案】 (1)2v BL (2)⎝ ⎛⎭⎪⎫－L 2，0 速度方向与x 轴正方向成30°角[当 堂 达 标·固 双 基]1．汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子．如图5510所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是( )图5510A ．向上B ．向下C ．向左D ．向右B [电子束由负极向正极运动，带负电，电子束运动范围内的磁场由N 极指向S 极，根据左手定则可知，洛伦兹力方向向下．]2.如图5511所示，一速度为v 0的电子恰能沿直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感应强度为B ，电场强度为E ，若B 、E 、v 0同时增大为原来的两倍，则电子将( )【导学号：69682275】图5511A ．仍沿直线飞出选择器B ．往上偏C ．往下偏D ．往纸外偏C [电子开始沿直线运动，表示它受力平衡，即qv 0B ＝qE ，由此可知B 、E 、v 0均变为原来的两倍后，q 2v 0·2B >q ·2E ，电子的洛伦兹力大于电场力，它会偏离直线向下运动，C 对，A 、B 、D 错．]3. (多选)如图5512所示，质量为m ，电荷量为＋q 的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M 、N 两点射出磁场，测得OM ∶ON ＝3∶4，则下列说法中正确的是()图5512A ．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4B ．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4C ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4D ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3BC [设OM ＝2r 1，ON ＝2r 2，故r 1r 2＝OM ON ＝34，路程长度之比s M s N ＝πr 1πr 2＝34，B 正确；由r ＝mv qB 知v 1v 2＝r 1r 2，故f M f N ＝qv 1B qv 2B ＝34，C 正确，D 错误；由于T ＝2πm Bq ，则t M t N ＝12T M12T N ＝1，A 错．] 4.如图5513所示，以ab 为分界面的两个匀强磁场，方向均垂直纸面向里，其磁感应强度B 1＝2B 2.现有一质量为m 、电荷量为＋q 的粒子从O 点沿图示方向以速度v 开始运动，求经过多长时间粒子重新回到O 点，并画出粒子的运动轨迹.【导学号：69682276】图5513【解析】 粒子重新回到O 点的运动轨迹如图所示，则其运动轨迹为在B 1中可组成一个整圆，在B 2中是个半圆．所以t ＝2πm qB 1＋πm qB 2＝2πmqB 2.【答案】 2πmqB 2运动轨迹如解析图所示。
高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 探究安培力学案 沪科版选修31
学案3 探究安培力[学习目标定位] 1.知道什么是安培力，了解安培力的应用.2.了解电流天平的原理并学会使用它探究安培力的大小.3.掌握左手定则，会用它判断安培力的方向；会计算安培力的大小．安培力：磁场对电流的作用力称为安培力．一、安培力的方向判断安培力方向的方法是左手定则．其内容是：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向．二、安培力的大小安培力的大小跟导体长度L、导体中的电流I、磁感应强度B都成正比，用公式表示为F ＝BILsin_θ，当电流方向与磁场方向垂直时，F＝BIL，当电流方向与磁场方向平行时，F＝0.一、安培力的方向[问题设计]按照如图1所示进行实验．图1(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)导线受力的方向改变；(2)导线受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则．[要点提炼]1．安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则．(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．(2)磁场方向和电流方向不一定垂直．用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．2．判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则．二、安培力的大小[问题设计]阅读教材，了解电流天平的结构、原理和使用方法，制订实验方案，进行实验，注意体会控制变量法的运用，分析实验所测数据，回答下列问题：(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流大小，导线受力情况如何变化？(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度，导线受力情况如何变化？(3)通电导线受力与哪些因素有关？答案(1)电流越大，导线受力越大．(2)通电导线越长，导线受力越大．(3)通电导线在磁场中受到的力的大小，既与导线的长度L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，用公式表示为F＝kBIL，式中k为比例系数，国际单位制中，k＝1，F＝BIL.[要点提炼]1．安培力大小的计算公式F＝ILBsin_θ，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角．(1)当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝ILB；(2)当θ＝0°即B与I平行时，F＝0.2．当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图2所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．图23．磁感应强度的另一种定义方法：在磁场中垂直于磁场方向放置一小段通电导线，导线所受安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做导线所在处的磁感应强度，即：B＝FIL.一、对安培力方向的判定例1画出图3中通电导体棒ab所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的方向)．图3解析题目所给的图是立体图，如果直接把ab棒受到的安培力画在立体图上则较为抽象．为了直观，一般画成平面图，图中的各个图从外向内看的正视平面图如图所示(此时导体ab是一个横截面图，○×表示电流向里，○·表示电流向外)，题图甲中，I与B决定的平面是与纸面垂直的竖直面，安培力方向与这个平面垂直，由左手定则知，安培力的方向为水平向右；题图乙中，I与B决定的平面是与水平方向成θ角的垂直纸面的平面，安培力方向与这个平面垂直，指向右下方；题图丙中，I和B决定的平面是垂直斜面的平面，安培力方向与斜面平行，指向右上方．甲乙丙答案见解析规律总结 1.判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要“习惯性”地用错右手．实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向．2．分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手．二、对安培力大小的计算例2如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力．解析A图中导线中的电流方向与磁感线的方向平行，所以安培力为0；B图是两根导线组成的折线，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为2L，故FB ＝2IBL；同理，C图是半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为2R，FC＝2BIR；D图中，将导线接通形成闭合线圈，则ab和bc两段导线受力与ac导线受力方向刚好相反，故合力为零，所以，闭合的通电线圈安培力为零，FD＝0. 答案FA＝0，FB＝2IBL，FC＝2BIR，FD＝0.规律总结(1)当磁场方向与电流方向垂直时安培力F＝IBL，如果磁场方向和电流方向不垂直，公式应变为F＝ILB⊥，B⊥是B在垂直于电流方向的分量．(2)如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算．(3)如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，然后求矢量和．三、导线在安培力作用下的运动问题例3如图4所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离．其中AB固定，CD能自由活动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)()图4A．顺时针方向转动同时靠近导线ABB．逆时针方向转动同时离开导线ABC．顺时针方向转动同时离开导线ABD．逆时针方向转动同时靠近导线AB解析根据电流元分析法，把CD的电流等效成CO、OD两段电流．由安培定则画出CO、OD所在位置的AB电流的磁场，由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示，可见导线CD逆时针转动．由特殊位置分析法，让CD逆时针转动90°，如图乙，并画出CD此时位置，AB电流的磁感线分布，据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里，可见导线CD靠近导线AB，D正确．答案 D规律总结判定安培力作用下物体的运动方向有以下几种方法：(1)电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向．(2)特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方向．(3)等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁．条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管．通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．(4)利用结论法①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势．利用这些结论分析，可事半功倍．1．(对安培力方向的判定)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D．安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直答案 D解析安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，即垂直于磁场与电流所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直．2．(导体在安培力作用下的运动)如图5所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()图5A．顺时针转动，同时下降B．顺时针转动，同时上升C．逆时针转动，同时下降D．逆时针转动，同时上升答案 A解析画出蹄形磁铁的两条磁感线，在磁感线与电流相交处分别取一小段电流，如图中的BC、AD两段，由左手定则可知，AD段受的安培力垂直纸面向外，BC段受的安培力垂直纸面向里，故导线将绕轴线OO′顺时针旋转(俯视)，当导线转动90°时(特殊位置法)，由左手定则可知，导线受向下的安培力作用，所以导线在顺时针转动的同时还向下运动，即答案为A.3．(安培力的大小计算及方向的判定)将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图6所示，已知磁感应强度为1 T．试求出各图中导线所受安培力的大小和方向．图6答案(1)图中安培力大小为0(2)图中安培力大小为0.02 N安培力方向垂直导线水平向右(3)图中安培力大小为0.02 N安培力方向在纸面内垂直导线斜向上解析由左手定则和安培力的计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零；(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝ILB＝0.1×0.2×1 N＝0.02 N；(3)安培力方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0.02 N.4.(通电导体的综合受力分析问题)一根长L＝0.2 m的金属棒放在倾角θ＝37°的光滑斜面上，并通过I＝5 A的电流，方向如图7所示，整个装置放在磁感应强度B＝0.6 T竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin 37°＝0.6)图7答案0.8 N解析从侧面对棒受力分析如图，安培力的方向由左手定则判断为水平向右，F＝ILB＝5×0.2×0.6 N＝0.6 N.由平衡条件得重力mg＝Ftan 37°＝0.8 N.题组一对安培力方向的判定1．下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()答案 C2．关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度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可以不相互垂直答案 B解析安培力F总是与磁感应强度B和电流I决定的平面垂直，但B与I(即导线)可以垂直，也可以不垂直，通电导线受安培力时，力F与磁场及导线都是垂直的，故A、C、D均错，B正确．3．如图1所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成的．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是()图1答案 B题组二导线在安培力作用下的运动问题4.如图2所示，固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近．当导线mn中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是()图2A．向左运动B．向右运动C．以mn为轴转动D．静止不动答案 B解析线框中通有电流，ad和bc两导线同时受到通电导线mn的作用力，故可知B选项正确．5.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图3所示．下列哪种情况将会发生()图3A．因L2不受磁场力的作用，故L2不动B．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动C．L2绕轴O按顺时针方向转动D．L2绕轴O按逆时针方向转动答案 D解析由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线L1的距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O 点的下方磁场较强，则安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D选项对．6.如图4所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时(磁铁始终未动)()图4A．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用C．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用D．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用答案 C解析根据左手定则知导线受磁铁的作用力斜向左上方，故由牛顿第三定律知，导线对磁铁的反作用力应斜向右下方，则一方面使磁铁对桌面的压力增大，一方面使磁铁产生向右的运动趋势，从而受到向左的摩擦力作用．题组三对安培力公式F＝BILsin θ的理解应用7．如图5所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()图5A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流D．使电流反向答案 C解析首先对MN进行受力分析：其受竖直向下的重力G、受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．当其处于平衡状态时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，只有C项正确．8.如图6所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2，通电导线所受安培力是()图6A．数值变大，方向不变B．数值变小，方向不变C．数值不变，方向改变D．数值、方向均改变答案 B解析安培力F＝BIL，电流不变，垂直直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直B、I所构成的平面，所以安培力的方向不变，B对，故选B.9．一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在B＝0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A．0.4 N B．0.3 N C．0.1 N D．0 N答案CD解析据安培力的定义，当磁场方向与通电电流I的方向垂直时，磁场力有最大值，Fmax ＝BIL＝0.5×2×0.2 N＝0.2 N．当两方向平行时，磁场力有最小值为0 N．随着二者方向夹角的不同，磁场力大小在0.2 N与0 N之间取值．10．如图7，一段导线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．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图7A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB答案 A解析将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段导线所受安培力的方向，根据F＝BIL计算出安培力的大小，再求合力．导线所受合力F合＝BIL＋2BILsin 45°＝(2＋1)ILB，方向沿纸面向上．11．如图8所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成α角，处在方向竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中，金属杆ab水平放在导轨上．当回路电流强度为I时，金属杆ab所受安培力F()图8A ．方向垂直ab 杆沿斜面向上B ．方向垂直ab 杆水平向右C ．F ＝BILcos αD ．F ＝BILsin α 答案 B解析 由题图知电流方向由b→a 且与磁场方向垂直，根据左手定则可知安培力水平向右，由安培力计算公式可得F ＝BIL ，故选B. 题组四 导线在安培力作用下的平衡问题12.如图9所示，用两根轻细悬线将质量为m 、长为l 的金属棒ab 悬挂在c 、d 两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从a 到b 的电流I 后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )图9A.mgIltan θ，竖直向上B.mgIltan θ，竖直向下C.mgIlsin θ，平行悬线向下D.mgIlsin θ，平行悬线向上 答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fmin ＝mgsin θ，即IlBmin ＝mgsin θ，得Bmin ＝mgIlsin θ，方向应平行于悬线向上．故选D.13．质量为m 的金属细杆置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d ，杆与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上，在如图所示的A 、B 、C 、D 四个选项中，杆与导轨的摩擦力一定不为零的是( )答案 CD解析 选项A 中，通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零．当安培力变大或变小时，细杆有上滑或下滑的趋势，于是有静摩擦力产生．选项B 中，通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零．当安培力减小时，细杆受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力，也可能处于静止状态．选项C和D中，通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势，故一定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零．14.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图10所示，问：图10(1)当ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B 的大小和方向均能改变，则要使ab 棒所受支持力为零，B 的大小至少为多少？此时B 的方向如何？答案 (1)mg －BLEcos θR BLEsin θR (2)mgR EL方向水平向右 解析 从b 向a 看侧视图如图所示．(1)水平方向：f ＝Fsin θ①竖直方向：N ＋Fcos θ＝mg ②又F ＝BIL ＝B E RL ③ 联立①②③得：N ＝mg －BLEcos θR ，f ＝BLEsin θR. (2)要使ab 棒受到的支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有F′＝mg Bmin ＝mgR EL，根据左手定则判定磁场方向水平向右． 15.如图11所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m 的平行导轨上放一质量为0.3 kg 的金属棒ab ，ab 中有从b→a 、I ＝3 A 的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：图11(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab 棒对导轨的压力．(g ＝10 m/s2)答案 (1)1.73 T (2)6 N ，方向垂直斜面向下解析 金属棒ab 中电流方向由b→a ，它所受安培力方向水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直斜面斜向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力和ab 棒对导轨的压力，从而求出磁感应强度B 的大小．(1)ab 棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin 60°＝BILcos 60°B ＝mgtan 60°IL＝0.3×10×33×1T≈1.73 T. (2)ab 棒对导轨的压力为：N′＝N ＝mg cos 60°＝0.3×1012N ＝6 N ，方向垂直斜面向下．。
高中物理第5章磁场与回旋加速器探究电流周围的磁场学案沪科选修31
学案2 探究电流周围的磁场[学习方针定位] 1.了解直线电流、环形电流、通电线圈的磁感线分布，并会运用安培定则判定电流的磁场标的目的.2.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说．1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转，揭示了电与磁的联系．一、电流的磁场电流的磁场可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定1．直线电流的磁场：用右手握住导线，让大拇指指向电流的标的目的，则弯曲的四指所指的标的目的就是磁感线的环绕标的目的．2．环形电流的磁场：环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线．在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直．3．通电螺线管的磁场：通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从北极出来，进入南极．螺线管内中间部分的磁感线跟螺线管的轴线平行，标的目的由南极指向北极，并和外部磁感线连接，形成闭合曲线．长直通电螺线管内中间部分的磁场近似为匀强磁场.二、探究磁现象的本质1821年，安培提出了安培分子电流假说，他认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子电流的两侧相当于两个磁极．安培的分子电流假设揭示了磁性的发源，即磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．一、电流的磁场[问题设计]1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围存在磁场，电流周围的磁场具有什么特征？仔细观察实验，说明电流的磁场的特点．(1)让一直导线垂直穿过一块水平硬纸板，将小磁针放置在水平硬纸板遍地，接通电源．观察小磁针在遍地的指向，分析直线电流的磁感线的特点．(2)用相同的方式研究环形电流磁场的磁感线的分布，也可用细铁屑模拟磁感线的分布，分析其磁感线的特点．(3)用细铁屑模拟通电螺线管的磁感线分布，分析其磁感线的特点．答案见要点提炼．[要点提炼]电流周围的磁感线标的目的可按照安培定则判断．1．直线电流的磁场：以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越疏．(如图1所示)图12．环形电流的磁场：内部比外部强，磁感线越向外越疏．(如图2所示)图23．通电螺线管的磁场：内部为匀强磁场，且内部比外部强．内部磁感线标的目的由S极指向N极，外部由N极指向S极．(如图3所示)图3二、探究磁现象的本质[问题设计]磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？答案它们的磁场都是由电荷的运动产生的．[要点提炼]1．安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体(如图4)．图42．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图5甲)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙)．图53．安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的．一、对安培定则的理解与应用例1如图6所示，a是直线电流的磁场，b是环形电流的磁场，c是通电螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流标的目的或磁感线标的目的．图6解析按照安培定则，可以确定a中电流标的目的垂直纸面向里，b中电流标的目的为逆时针标的目的，c中螺线管内部磁感线标的目的向左．答案见解析针对训练如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()答案 D解析依据安培定则，判断出电流的磁场标的目的；再按照小磁针静止时N极的指向为磁场的标的目的，判知D正确．二、磁感应强度矢量的叠加例2如图7所示，两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面彼此垂直的放置，通电电流相同，电流标的目的如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为()图7A．0 B．2B0C.2B0 D．无法确定解析A通电圆环在O点处产生的磁场由安培定则可知垂直纸面向里，大小为B0，同理由安培定则知B圆环在O点处产生的磁场标的目的竖直向下，大小也为B0.所以O点合磁场的磁感应强度大小为2B0，选项C正确．答案 C三、对磁现象的本质的认识例3关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B．按照安培的分子电流假说，在外磁场感化下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C．一切磁现象都发源于电流或运动电荷，一切磁感化都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的彼此感化D．磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁解析永久磁铁的磁场也是由运动的电荷产生的．故A错误．没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场彼此抵消，但当受到外界磁场的感化力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场彼此加强，物体就被磁化了，两端形成磁极．故B正确．由安培分子电流假说知C正确．磁和电是两种分歧的物质，故磁是磁，电是电．有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定磁场也不能产生电场，故D错误．答案BC1．(安培定则的理解与应用)如图8所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()图8A．①③B．②③C．①④D．②④答案 C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场标的目的，①正确，②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的标的目的，可判断出③错误，④正确．故正确选项为C.2．(安培定则的理解与应用)如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图9A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右答案 C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线标的目的相同，如果a、b、c三处磁感线标的目的确定，那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．3．(磁感应强度矢量的叠加)如图10所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点的磁场标的目的向右，则a、b中电流的标的目的为()图10A．都垂直于纸面向纸里B．都垂直于纸面向纸外C．a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里D．a中电流垂直于纸面向里，b中电流垂直于纸面向外答案 C解析按照矢量合成可知，a在P点的磁场标的目的沿aP连线的垂线向上，b在P点的磁场标的目的沿bP连线的垂线向下，再由安培定则判断得：a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里，C正确．4．(对磁现象的本质的认识)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象答案AD解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是分歧的，故正确答案为A、D.题组一对安培定则的理解与应用1．如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是()图1A．物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内B．天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内C．物理学家牛顿，但小磁针静止不动D．物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内答案 D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，按照右手螺旋定则和小磁针N极所指的标的目的为该点磁场标的目的可知D对；故选D.2．下列各图中，已标出电流及电流磁场的标的目的，其中正确的是()解析电流与电流磁场的分布，利用的是右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流标的目的，四指指向磁感线标的目的，因此A、B错；对于螺线管和环形电流中，四指弯曲标的目的为电流标的目的，大拇指指向内部磁场标的目的，故选D.3．如图2所示的螺线管内放置一小磁针，下列判断正确的是()图2A．电源A端为正、B端为负，线圈右端为S极，左端为N极B．电源A端为负、B端为正，线圈右端为S极，左端为N极C．电源A端为负、B端为正，线圈右端为N极，左端为S极D．电源A端为正、B端为负，线圈右端为N极，左端为S极答案 B解析由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的标的目的为从右向左，再按照安培定则，确定在电源外部电流标的目的由B指向A，电源B端为正，线圈左端为N极，故B 正确．题组二对磁现象的本质的认识4．关于安培分子电流假说的说法正确的是()A．安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C．事实上物质内部并不存在类似的分子电流D．按照后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符答案BD5．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，按照安培的分子电流假说，其原因是() A．分子电流消失B．分子电流的取向变得大致相同C．分子电流的取向变得杂乱D．分子电流的强度减弱答案 C解析由于高温或猛烈的敲击，会使本来取向一致的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C选项正确．题组三磁感应强度矢量的叠加6．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图3甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线半数后绕成如图乙所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图3A．0 B．0.5B C．B D．2B解析 用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场彼此抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零．7．分别置于a 、b 两处的长直导线垂直纸面放置，通有大小相等的恒定电流，标的目的如图4所示，a 、b 、c 、d 在一条直线上，且ac ＝cb ＝bd.已知c 点的磁感应强度大小为B1，d 点的磁感应强度大小为B2.若将b 处导线的电流堵截，则( )图4A ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2B ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1C ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2D ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1答案 A解析 设a 导线在c 点的磁感应强度大小为B ，在d 点的磁感应强度大小为B′. 按照右手螺旋定则有：B1＝2B B2＝B －B′联立两式解得B ＝12B1，B′＝12B1－B2.故A 正确，B 、C 、D 错误．8.如图5所示，两根彼此平行的长直导线过纸面上的M 、N 两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、标的目的相反的电流．a 、O 、b 在M 、N 的连线上，O 为MN 的中点，c 、d 位于MN 的中垂线上，且a 、b 、c 、d 到O 点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是( )图5A ．O 点处的磁感应强度为零B ．a 、b 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相反C ．c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相同D ．a 、c 两点处磁感应强度的标的目的分歧 答案 C解析 按照安培定则判断磁场标的目的，再结合矢量的合成知识求解．按照安培定则判断：两直线电流在O 点产生的磁场标的目的均垂直于MN 向下，O 点的磁感应强度不为零，故A 选项错误；a 、b 两点的磁感应强度大小相等，标的目的相同，故B 选项错误；按照对称性，c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相同，故C 选项正确；a 、c 两点的磁感应强度标的目的相同，故D 选项错误．。
沪科版3-1选修三5.3《探究电流周围的磁场》优秀教案1(重点资料).doc
5.3探究电流周围的磁场【教学目标】知识与技能：1、知道电流周围存在磁场，知道通电螺线管对外相当于一个磁体，会用安培定则确定相应磁体的磁极和通电螺管的电流方向。
2、培养学生初步的观察能力、实验能力、分析概括、作图能力。
3、培养学生良好的学习习惯，实事求是的科学态度。
过程与方法：1.观察奥斯特实验了解电流的磁场，知道磁场方向跟电流方向有关系，培养学生的观察实验能力。
2.通过观察通电螺线管的实验，发现通电螺线管的磁极跟电流的关系，总结出安培定则，培养学生的分析概括能力。
3.从安培定则的应用，培养学生的思维作图能力。
情感态度与价值观：养成实事求是，尊重自然规律科学态度，在解决问题的过程中，有克服困难的信心和决心，能体验战胜困难、解决物理问题的喜悦。
【教学重点】奥斯特实验，通电螺线管周围的磁场，安培定则。
[:Z|xx|k]【教学难点】安培定则的运用【教学准备】螺线管、铁屑、通电螺线管周围磁感线的主体模型，干电池铜导线。
【教学方法】探究式教学法【教学过程】一、复习、引入新课1、复习磁的基本知识●任何磁体都有两个磁极：分别叫做____和____.●磁极间的相互作用规律是：_______________●磁体周围存在着_______.它是确实存在着的一种物质。
物理学中引入了_______来描述它。
●图一：根据磁铁的磁场方向画出小磁针的磁极；图二：根据磁针指向画出磁铁的磁极。
图一图二2、利用多媒体展示电磁体的应用，引导学生对生活、生产中大量电器的观察，使学生意识到电与磁有着密切的联系，同时，演示电磁铁吸引小铁钉的实验，引发学生思考：电能生磁吗？由此引入新课。
板书：第二节电流的磁场二、进行新课1、电与磁的关系（1）指导学生阅读和观察教材102页，图16-7所示的电器设备。
（2）奥斯特实验实验器材：小磁针、电源、导线、开关师：介绍实验器材，在介绍这些实验器材的同时，提出问题让学生思考实验步骤：第一，观察小磁针静止时的指向，受地磁场影响磁针的南北极的方向。
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5.3 探究电流周围的磁场
【知识要点】
一． 安培力
1、磁场对电流的作用力叫做安培力。
（1）大小计算：当L ∥B 时，F= 。
当L ⊥B 时，F= 。
（此时安培力最大）
①L 是有效长度：弯曲导线的有效长度等于两端点所连直线的
长度；相应的电流方向，沿L 由始端流向未端．
因为任意形状的闭合线圈，其有效长度L ＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零．②公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场．若B 不是匀强磁场，则L 应足够短以至可将L 所在处的磁场视为匀强磁场．
（2）安培力的方向: 方向判定：左手定则。
安培力的方向一定垂直于B 和I ，即总是垂直
于B 、I 所决定的平面。
（注意：B 和I 间可以有任意夹角）
【学法指导】 四指指
二、判定安培力作用下导体运动方向 常用方法有以下四种：
1．电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向．从而判断出整段电流所受作用力方向，最后确定运动方向．
例1．如图所示，一个闭合线圈套在条形磁铁靠近N 极的一端，当线圈内通以图示方向的电流I 时，下列说法中正确的是（ B ）
①线圈圆面将有被拉大的倾向 ③线圈将向S 极一端平移
②线圈圆面将有被压小的倾向 ④线圈将向N 极一端平移
A ．①③
B ．①④
C ．②③
D ．②④ 例2．如图，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流时，从上往下看，导线的运动情况是（ C ）
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
2．特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．
3．等效法：环形电流可以等效小磁针，通电螺线管可以等效为条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管．通电螺线管可以等效成多匝的环形电流．
例3．用弯曲的导线把一铜片和一锌片相连装在一绝缘的浮标上，然后把浮标放在含有稀硫酸的容器中．设开始放置时，环面的轴线为东西向，放手后，
由于地磁场的作用，环面的轴线将会静止在 向上．整个装置如图所示．
例4．如图所示，水平放置的条形磁铁N 极的附近悬挂着一个能自由运动的圆形导线线圈，线圈与条形磁铁处在同一竖直平面内，当线圈中通以图示方向的电流时，从上向下看，线圈将（ ）
例5．实验表明电流和电流之间也会通过磁场发生相互作用：两条平行的直导线当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互推斥．试解释之．
例6．两条通电的直导线互相垂直，但两导线相隔一小段距离，其中导线AB 是固定的，另一条CD 能自由转动．通以图示方向的直流电后，CD 导线将( B)
A ．逆时针方向转动，同时靠近导线AB
B ．顺时针方向转动，同时靠近导线AB
C ．逆时针方向转动，同时远离导线AB
D ．顺时针方向转动，同时远离导线AB
4．利用结论法：
（1）两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．
（2）两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．利用这些结论分析，可以事半功倍．
例7．如图所示，在通电长导线的旁边放一个可以自由移动和转动的矩形通电线圈，线圈和导线在同一平面上，它的a 、c 两边和导线平行．试讨论一下线圈各边的受力情况．线圈在磁场中将怎样运动？（远离I 方向运动）
【典型例析】
例8．如图1所示，垂直折线abc 中通入I 的电流。
ab=bc=L ，折线所在平面与匀强磁感强度B 垂直.abc 受安培力等效于ac （通有a→c 的电流I ）所受安培力，即F 1= ，方向同样由等效电流ac 判定为在纸面内垂直于ac 斜向上，同理可以推知：
i 如图2所示，半圆形通电导线受安培力F 2=
ii 如图3所示，闭合的通电导线框受安培力F 3= （
；F=BI·2R；
F=0。
）
例9、如图所示为一通电直导线，该导线中每米长度内有n 个自由电荷，每个自由电荷的电量均为q ，它们的定向移动速率均为v ，现加一匀强磁场，磁场方向与导线垂直，磁感强度为B ，则磁场对这条导线上长度为l 一段的安培力大小应是（ A ）
图1 图3 图
2
A ．nqvBl
B ．nqBl/v
C ．qBl/nv
D ．qvBl/n
【基础训练】
1．指出如图所示六种情况中通电导体棒ab 所受的各个力的方向与大小．设棒长为l ，通电电流为I ，磁感强度为B ，导体棒光滑．
2．质量为m 的通电细杆ab 置于倾角为θ的导轨上，导轨宽度为d ，杆ab 与导轨间的动摩擦因数为μ．有电流时，ab 恰好在导轨上静止，如图所示；下图是它的四个侧视图，图中已标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab 与导轨之间的摩擦力可能为零的图是（ ）
3．通电矩形导线框abcd 与无限长通电导线MN 在同一平面内，电流方向如图所示，ab 边与MN 平行，关于 MN 的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是（ BC
A 、线框有两条边所受的安培力方向相同；
B
、有两条边所受的安培力大小相同；
C 、线框所受安培力的合力向左；
D 、线框将以ab 边为轴向外转动；
4．如图所示。
一个位于xy 平面内的矩形通电线圈只能绕ox 轴转动，线圈的四个边分别与x 、y 轴平行，线圈中的电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转动起来。
（B ）
A ．方向沿x 轴正向的恒定磁场
B ．方向沿y 轴的正向恒定磁场
C ．方向沿z 轴的正向恒定磁场
D ．方向沿z 轴的正向变化磁场
5、如图所示，接通电键K 的瞬间，用丝线悬挂于一点，可自由转动的通电直导线AB 将
( )
A.A 端向上，B 端向下，悬线张力不变；
B.A 端向下，B 端向上，悬线张力不变；
C.A 端向纸外，B 端向纸内，悬线张力变小；
D.A 端向纸内，B 端向纸外，悬线张力变大。
6．如图，在XOY 平面中有一通电导线与OX 、OY 轴相交，导线中电流方向如图所示， 该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与OZ 轴的正方向相同。
该磁 场的方向可能是……………………………………………………………（ BD ）
A 、沿X 釉正方向；
B、沿X轴负方向；
C、沿Z轴正方向；
D、沿Y轴负方向。