1.1 磁场对通电导线的作用力2（有效长度及力学知识综合应用） 教案—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 1.1 磁场对通电导线的作用力2（有效长度及力学知识综合应用） 教案—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 108.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-22 14:42:21 | ||
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文档简介
教 案
上课时间： 年 月 日
题课 选择性必修二第一章第1节：磁场对通电导线的作用力2（有效长度与力学综合问题） 课型 新 课时 1
教学目标 1.会处理弯曲导线受到的安培力的方向和大小害类型的问题。2.会处理涉及到安培力的运动分析、受力分析和能量分析问题。
学习重点 涉及到安培力的方向及大小类的综合问题
学习难点 分析与综合能力
教 学 过 程
教学环节（含备注） 教 学 内 容
引入新课讲授新课课后作业 一.引入新课安培力大小的计算公式及各字母的含义是什么？如果同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，如何计算其安培力大小？二.进行新课（一）有效长度例1：如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为I，磁感应强度均为B，求各导线受到的安培力F的大小。解析 A图中，B⊥I，故F＝BIL；B图是两根导线组成的折线abc，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ac，故F＝BIL；C、D、E图中F＝0。结论：同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，有效长度等于曲线两端点连线的长度，如D选项，dabc有效长度等于dc线段长度，电流方向等效为从d流向c,受到的安培力方向垂直于dc向上。（二）安培力的动态分析例2：如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况。解析 根据图甲所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况，将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所在处的磁场方向如图甲所示，由左手定则可得AO段受安培力的方向垂直纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，从上向下看，导线AB将绕O点沿逆时针方向转动。再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况，如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使导线AB逆时针转动，同时向下运动。答案 由上向下看导线逆时针转动，同时向下落。（三）闭合电路欧姆定律与安培力结合如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝40 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好，整个装置处于磁感应强度B＝0.8 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中，金属棒的有效电阻R1＝1 Ω(导轨电阻不计)，金属导轨与金属棒之间的最大静摩擦力为0.1 N，取g＝10 m/s2.(1)判断金属棒所受到的安培力的方向；(2)要保持金属棒在导轨上静止，求滑动变阻器R接入电路的阻值范围。解析 (1)根据左手定则可知，金属棒所受到的安培力的方向沿斜面向上。(2)由题意可知，当滑动变阻器R接入电路中的电阻最大时，回路中电流最小，金属棒刚好不下滑，由平衡条件可得mgsinθ＝BIminL＋fmax，解得Imin＝0.5 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝Imin(Rmax＋R1＋r)，滑动变阻器接入电路中的最大电阻Rmax＝－R1－r＝22 Ω；当滑动变阻器R接入电路中的电阻最小时，回路中电流最大，金属棒刚好不上滑，由平衡条件可得mgsinθ＋fmax＝BImaxL，解得Imax＝1.5 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝Imax(Rmin＋R1＋r)，滑动变阻器接入电路的最小电阻Rmin＝－R1－r＝6 Ω，故滑动变阻器R接入电路中的阻值范围为6 Ω≤R≤22 Ω。答案 (1)沿斜面向上 (2)6 Ω≤R≤22 Ω（四）涉及安培力的功与能分析如图所示，电源电动势为3 V，内阻不计，质量为60 g、长为1 m、电阻为1.5 Ω的导体棒放在两个固定光滑绝缘环上，若已知绝缘环半径为0.5 m，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝0.4 T。当开关闭合后(sin 37°＝0.6，g取10 m/s2)，则( )A．导体棒能在某一位置静止，在此位置上导体棒对每一只环的压力为1 NB．导体棒从环的底端由静止释放能上滑至最高点的高度差是0.2 mC．导体棒从环的底端由静止释放，上滑过程中最大动能是0.2 JD．导体棒从环的底端由静止释放，上滑过程中速度最大时对两环的压力为1 N解析 根据欧姆定律，电流I＝＝＝2 A，导体棒所受安培力FA＝BIL＝0.8 N，方向垂直纸面向外，重力G＝mg＝0.6 N，重力和安培力垂直，都是恒力，故重力和安培力的合力大小F＝＝1 N，设支持力与竖直方向夹角为θ，tanθ＝＝，则θ＝53°，支持力方向与竖直方向的夹角为53°时，导体棒能在某一位置静止，如图所示。如果导体棒静止，根据平衡条件，有N＝F＝1 N，故在此位置上导体棒对每一只环的压力为0.5 N，故A项错误；由于图示位置与环的底端的高度差为h＝r－rcos53°＝0.2 m，而在该位置导体棒的速度最大，故不是最高点，故B项错误；从最低点到图示位置，根据动能定理，有FArsin53°－mgr(1－cos53°)＝mv2，解得mv2＝0.2 J，故C项正确；在图示位置，重力、安培力、支持力的合力提供导体棒做圆周运动的向心力，其中重力和安培力的合力为图中的F，根据牛顿第二定律，有N－F＝m，结合mv2＝0.2 J，解得N＝1.8 N，根据牛顿第三定律可知，导体棒对两环的压力为1.8 N，故D项错误。答案 C（五）总结1．分析安培力作用下物体的平衡问题应注意以下两点(1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定，最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程。(2)注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解结果是一个范围。2．分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向三.课堂练习：教材第20页练习2-4、7，第21页练习1-2四.课堂总结：（见板书设计）五.学习效果检测（见学案“闯关检测题”）
板书设计 安培力有效长度与相关力学综合问题1.同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，有效长度等于曲线两端点连线的长度。2.将立体图转换为平面图。3.静摩擦力可以有不同的方向。
课后反思
上课时间： 年 月 日
题课 选择性必修二第一章第1节：磁场对通电导线的作用力2（有效长度与力学综合问题） 课型 新 课时 1
教学目标 1.会处理弯曲导线受到的安培力的方向和大小害类型的问题。2.会处理涉及到安培力的运动分析、受力分析和能量分析问题。
学习重点 涉及到安培力的方向及大小类的综合问题
学习难点 分析与综合能力
教 学 过 程
教学环节（含备注） 教 学 内 容
引入新课讲授新课课后作业 一.引入新课安培力大小的计算公式及各字母的含义是什么？如果同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，如何计算其安培力大小？二.进行新课（一）有效长度例1：如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为I，磁感应强度均为B，求各导线受到的安培力F的大小。解析 A图中，B⊥I，故F＝BIL；B图是两根导线组成的折线abc，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ac，故F＝BIL；C、D、E图中F＝0。结论：同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，有效长度等于曲线两端点连线的长度，如D选项，dabc有效长度等于dc线段长度，电流方向等效为从d流向c,受到的安培力方向垂直于dc向上。（二）安培力的动态分析例2：如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况。解析 根据图甲所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况，将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所在处的磁场方向如图甲所示，由左手定则可得AO段受安培力的方向垂直纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，从上向下看，导线AB将绕O点沿逆时针方向转动。再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况，如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使导线AB逆时针转动，同时向下运动。答案 由上向下看导线逆时针转动，同时向下落。（三）闭合电路欧姆定律与安培力结合如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝40 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好，整个装置处于磁感应强度B＝0.8 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中，金属棒的有效电阻R1＝1 Ω(导轨电阻不计)，金属导轨与金属棒之间的最大静摩擦力为0.1 N，取g＝10 m/s2.(1)判断金属棒所受到的安培力的方向；(2)要保持金属棒在导轨上静止，求滑动变阻器R接入电路的阻值范围。解析 (1)根据左手定则可知，金属棒所受到的安培力的方向沿斜面向上。(2)由题意可知，当滑动变阻器R接入电路中的电阻最大时，回路中电流最小，金属棒刚好不下滑，由平衡条件可得mgsinθ＝BIminL＋fmax，解得Imin＝0.5 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝Imin(Rmax＋R1＋r)，滑动变阻器接入电路中的最大电阻Rmax＝－R1－r＝22 Ω；当滑动变阻器R接入电路中的电阻最小时，回路中电流最大，金属棒刚好不上滑，由平衡条件可得mgsinθ＋fmax＝BImaxL，解得Imax＝1.5 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝Imax(Rmin＋R1＋r)，滑动变阻器接入电路的最小电阻Rmin＝－R1－r＝6 Ω，故滑动变阻器R接入电路中的阻值范围为6 Ω≤R≤22 Ω。答案 (1)沿斜面向上 (2)6 Ω≤R≤22 Ω（四）涉及安培力的功与能分析如图所示，电源电动势为3 V，内阻不计，质量为60 g、长为1 m、电阻为1.5 Ω的导体棒放在两个固定光滑绝缘环上，若已知绝缘环半径为0.5 m，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝0.4 T。当开关闭合后(sin 37°＝0.6，g取10 m/s2)，则( )A．导体棒能在某一位置静止，在此位置上导体棒对每一只环的压力为1 NB．导体棒从环的底端由静止释放能上滑至最高点的高度差是0.2 mC．导体棒从环的底端由静止释放，上滑过程中最大动能是0.2 JD．导体棒从环的底端由静止释放，上滑过程中速度最大时对两环的压力为1 N解析 根据欧姆定律，电流I＝＝＝2 A，导体棒所受安培力FA＝BIL＝0.8 N，方向垂直纸面向外，重力G＝mg＝0.6 N，重力和安培力垂直，都是恒力，故重力和安培力的合力大小F＝＝1 N，设支持力与竖直方向夹角为θ，tanθ＝＝，则θ＝53°，支持力方向与竖直方向的夹角为53°时，导体棒能在某一位置静止，如图所示。如果导体棒静止，根据平衡条件，有N＝F＝1 N，故在此位置上导体棒对每一只环的压力为0.5 N，故A项错误；由于图示位置与环的底端的高度差为h＝r－rcos53°＝0.2 m，而在该位置导体棒的速度最大，故不是最高点，故B项错误；从最低点到图示位置，根据动能定理，有FArsin53°－mgr(1－cos53°)＝mv2，解得mv2＝0.2 J，故C项正确；在图示位置，重力、安培力、支持力的合力提供导体棒做圆周运动的向心力，其中重力和安培力的合力为图中的F，根据牛顿第二定律，有N－F＝m，结合mv2＝0.2 J，解得N＝1.8 N，根据牛顿第三定律可知，导体棒对两环的压力为1.8 N，故D项错误。答案 C（五）总结1．分析安培力作用下物体的平衡问题应注意以下两点(1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定，最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程。(2)注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解结果是一个范围。2．分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向三.课堂练习：教材第20页练习2-4、7，第21页练习1-2四.课堂总结：（见板书设计）五.学习效果检测（见学案“闯关检测题”）
板书设计 安培力有效长度与相关力学综合问题1.同一平面内的通电弯曲导线放置在垂直于该平面的磁场中，有效长度等于曲线两端点连线的长度。2.将立体图转换为平面图。3.静摩擦力可以有不同的方向。
课后反思