2.2安培力与磁电式仪表 学案 (1)
文档属性
| 名称 | 2.2安培力与磁电式仪表 学案 (1) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 264.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-12-30 14:25:58 | ||
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文档简介
2.2安培力与磁电式仪表 学案
一、教学目的
1、观察安培力方向和哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向?
2、推导匀强磁场中安培力表达式，计算匀强磁场中安培力的大小
二、教学重难点
1、安培力的大小和方向是本节重点
2、弄清安培力、电流磁感应强度三者方向的空间关系式本节难点
三、教学过程
要点一 安培力
即学即用
1.如图所示,通电细杆ab质量为m,置于倾角为θ的导轨上,导轨和杆间不光滑. 通有电流时,杆静止在导轨上.下图是四个侧视图,标出了四种匀强磁场的方向,其中摩擦力可能为零的是（ ）
答案 AB
要点二 磁电式电表
即学即用
2.如图所示,abcd是一竖直的矩形导线框,线框面积为S,放在磁感强度为B的均匀水平磁场中,ab边在水平面内且与磁场方向成60°角,若导线框中的电流为I,则导线框所受的安培力对某竖直的固定轴的力矩等于 （ ）
A.BIS
B.
C.
D.由于导线框的边长及固定轴的位置未给出,无法确定
答案 B
题型1 通电导体在安培力作用下运动方向的判断
【例1】如图所示,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I时,导线的运动情况是（从上往下看） （ ）
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
答案 A
题型2 安培力作用下的导体平衡问题
【例2】如图所示,电源电动势3 V,内阻不计,导体棒质量60 g,长1 m,电阻1.5Ω.匀强磁场竖直向上,B=0.4 T.当开关闭合后,棒从固定光滑绝缘环的底端上滑至某一位置静止.试求在此位置上棒对每一只环的压力为多大?若已知绝缘环半径0.5 m,此位置与环底高度差是多少?
答案 0.5 N 0.2 m
题型3 情景建模
【例3】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置,一长方体绝缘容器内部高为L,厚为d,左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b,上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）,并经开关S与电源连接.容器中注满能导电的液体,液体的密度为ρ.将容器置于一匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.当开关断开时,竖直管子a、b中的液面高度相同;开关S闭合后,a、b管中液面将出现高度差.若闭合开关S后,a、b管中液面将出现高度差为h,电路中电流表的读数为I,求磁感应强度B的大小.
答案
1.如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈可以自由运动.当给两者通以图示电流时,线圈将 （ ）
A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内
B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内
C.靠近直导线,同时旋转90°
D.远离直导线,同时旋转90°
答案 A
2.如图所示,两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流,a受到的磁场力大小为F1.当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小变为F2,则此时b受到的磁场力大小变为 （ ）
A.F2 B.F1-F2 C.F1+F2 D.2F1-F2
答案 A
3.在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25 m,接入电动势E=12 V,内阻不计的电池,垂直框面放有一根质量m=0.2 kg的金属棒ab,它与框架的动摩擦因数μ=,整个装置放在磁感应强度B=0.8 T,垂直框面向上的匀强磁场中,如图所示.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架与棒的电阻不计,g取10 m/s2.
答案 1.6Ω≤R≤4.8Ω
4.（2009·焦作模拟）如图所示为磁电式电流表的内部示意图.已知辐射状磁场的磁感应
强度B=0.9 T,矩形线圈边长L1=2 cm,L2=2.5 cm,匝数N=2 000,电流表的满偏角为θ=
90°,与线圈相连的两个螺旋弹簧总的扭转特征是:每扭转1°,产生的力矩为1×10-6 N · m,求该电流表的满偏
电流.
答案 100μA
1.（2009·郑州质检）在地磁场作用下处于静止的小磁针上方,平行于小磁针水平放置一直导线,当该导线中通有电流时,小磁针会发生偏转;当通过该导线电流为I时,小磁针左偏30°（如图所示）,则当小磁针左偏60°时,通过导线的电流为（已知直导线在某点产生的磁场与通过直导线的电流成正比）（ ）
A.2I B.3I
C. D.无法确定
答案 B
2.如图所示,将一个光滑斜面置于匀强磁场中,通电直导体棒水平置于斜面上.电流 方向垂直纸面向里.以下四个图中,有可能使导体棒在斜面上保持静止的是 （ ）
答案 ACD
3.如图所示,竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直纸面向外,a、b、C、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中 （ ）
A.b、d两点的磁感应强度大小相等
B.a、b两点的磁感应强度大小相等
C.a点的磁感应强度最小
D.c点的磁感应强度最大
答案 ACD
4.如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒,在
导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,下列外加匀强磁场的磁感应
强度B的大小和方向正确的是 （ ）
A.B=mg,方向垂直斜面向上 B.B=mg,方向垂直斜面向下
C.B=mg,方向垂直斜面向下 D.B=mg,方向垂直斜面向上
答案 A
5.如图所示,接通电键的瞬间,用丝线悬挂于一点可自由转动的通电直导线AB的变化情况
是 （ ）
A.A端向上移动,B端向下移动,悬线张力不变
B.A端向下移动,B端向上移动,悬线张力不变
C.A端向纸外移动,B端向纸内移动,悬线张力变小
D.A端向纸内移动,B端向纸外移动,悬线张力变大
答案 D
6.磁性减退的磁铁,需要充磁,充磁的方式有多种.如图所示,甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中,乙是条形磁铁夹在电磁铁中间,a、b和c、d接直流电源.正确的接线方式是 （ ）
A.a接电源的正极,b接负极;c接电源的正极,d接负极
B.a接电源的正极,b接负极;c接电源的负极,d接正极
C.a接电源的负极,b接正极;c接电源的正极,d接负极
D.a接电源的负极,b接正极;c接电源的负极,d接正极
答案 C
7.如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、B=1 T的匀强磁场中,CO间距离为10 cm,当磁场力为0.2 N
时,闸刀开关会自动跳开.则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为 （ ）
A.电流方向C→O B.电流方向O→C
C.电流大小为1 A D.电流大小为0.5 A
答案 B
8.如图所示,用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝,线圈由粗细均匀、单位长度的质量为
2.5 g的导线绕制而成,三条细线呈对称分布,稳定时线圈平面水平.在线圈正下方放有一个
圆柱形条形磁铁,磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O,测得线圈的导线所
在处磁感应强度大小为0.5 T,方向与竖直线成30°角,要使三条细线上的张力为零,线圈中通过的电流至少为 （ ）
A.0.1 A B.0.2 A
C.0.05 A D.0.01 A
答案 A
9.如图所示,有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b,a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上,b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置,且a、b平行,它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时,a恰能在斜面上保持静止,则b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误
的是 （ ）
A.方向向上
B.大小为
C.要使a仍能保持静止,而减小b在a处的磁感应强度,可使b上移
D.若使b下移,a将不能保持静止
答案 B
10.（2009·项城模拟）如图所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡
板和一条形磁铁连接起来,此时台秤读数为N1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线,
电流方向如图,当加上电流后,台秤读数为N2,则以下说法正确的是 （ ）
A.N1＞N2,弹簧长度将变长 B.N1＞N2,弹簧长度将变短
C.N1＜N2,弹簧长度将变长 D.N1＜N2,弹簧长度将变短
答案 B
11.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）.现垂直于导轨放置一根质量为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且指向右斜上方,如图所示,问:
（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- （2） 方向水平向右
12.如图所示,质量为m的金属棒,搁在光滑导轨的右端,导轨间距为L,距离地面高度为h,处于
大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中,并接有电动势为E的电池和电容为C的电容器,当将
开关S从位置1拨至位置2时,金属棒被抛出的水平距离为s.求安培力对金属棒所做的功.
答案
13.如图所示为利用电磁作用输送非导电流体装置的示意图.一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为A的小喷口,喷口离地的高度为h.管道中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b,其中棒b的两端与一电压表相连,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中,当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为s.若液体的密度为ρ,不计所有阻力,求:
（1）活塞移动的速度.
（2）该装置的功率.
（3）磁感应强度B的大小.
（4）若在实际使用中发现电压表的读数变小,试分析其可能的原因.
答案 （1）
（2）
（3）
（4）∵U=BLv
∴喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,或磁场变小等会引起电压表读数变小.
一、教学目的
1、观察安培力方向和哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向?
2、推导匀强磁场中安培力表达式，计算匀强磁场中安培力的大小
二、教学重难点
1、安培力的大小和方向是本节重点
2、弄清安培力、电流磁感应强度三者方向的空间关系式本节难点
三、教学过程
要点一 安培力
即学即用
1.如图所示,通电细杆ab质量为m,置于倾角为θ的导轨上,导轨和杆间不光滑. 通有电流时,杆静止在导轨上.下图是四个侧视图,标出了四种匀强磁场的方向,其中摩擦力可能为零的是（ ）
答案 AB
要点二 磁电式电表
即学即用
2.如图所示,abcd是一竖直的矩形导线框,线框面积为S,放在磁感强度为B的均匀水平磁场中,ab边在水平面内且与磁场方向成60°角,若导线框中的电流为I,则导线框所受的安培力对某竖直的固定轴的力矩等于 （ ）
A.BIS
B.
C.
D.由于导线框的边长及固定轴的位置未给出,无法确定
答案 B
题型1 通电导体在安培力作用下运动方向的判断
【例1】如图所示,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I时,导线的运动情况是（从上往下看） （ ）
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
答案 A
题型2 安培力作用下的导体平衡问题
【例2】如图所示,电源电动势3 V,内阻不计,导体棒质量60 g,长1 m,电阻1.5Ω.匀强磁场竖直向上,B=0.4 T.当开关闭合后,棒从固定光滑绝缘环的底端上滑至某一位置静止.试求在此位置上棒对每一只环的压力为多大?若已知绝缘环半径0.5 m,此位置与环底高度差是多少?
答案 0.5 N 0.2 m
题型3 情景建模
【例3】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置,一长方体绝缘容器内部高为L,厚为d,左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b,上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）,并经开关S与电源连接.容器中注满能导电的液体,液体的密度为ρ.将容器置于一匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.当开关断开时,竖直管子a、b中的液面高度相同;开关S闭合后,a、b管中液面将出现高度差.若闭合开关S后,a、b管中液面将出现高度差为h,电路中电流表的读数为I,求磁感应强度B的大小.
答案
1.如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈可以自由运动.当给两者通以图示电流时,线圈将 （ ）
A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内
B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内
C.靠近直导线,同时旋转90°
D.远离直导线,同时旋转90°
答案 A
2.如图所示,两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流,a受到的磁场力大小为F1.当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小变为F2,则此时b受到的磁场力大小变为 （ ）
A.F2 B.F1-F2 C.F1+F2 D.2F1-F2
答案 A
3.在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25 m,接入电动势E=12 V,内阻不计的电池,垂直框面放有一根质量m=0.2 kg的金属棒ab,它与框架的动摩擦因数μ=,整个装置放在磁感应强度B=0.8 T,垂直框面向上的匀强磁场中,如图所示.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架与棒的电阻不计,g取10 m/s2.
答案 1.6Ω≤R≤4.8Ω
4.（2009·焦作模拟）如图所示为磁电式电流表的内部示意图.已知辐射状磁场的磁感应
强度B=0.9 T,矩形线圈边长L1=2 cm,L2=2.5 cm,匝数N=2 000,电流表的满偏角为θ=
90°,与线圈相连的两个螺旋弹簧总的扭转特征是:每扭转1°,产生的力矩为1×10-6 N · m,求该电流表的满偏
电流.
答案 100μA
1.（2009·郑州质检）在地磁场作用下处于静止的小磁针上方,平行于小磁针水平放置一直导线,当该导线中通有电流时,小磁针会发生偏转;当通过该导线电流为I时,小磁针左偏30°（如图所示）,则当小磁针左偏60°时,通过导线的电流为（已知直导线在某点产生的磁场与通过直导线的电流成正比）（ ）
A.2I B.3I
C. D.无法确定
答案 B
2.如图所示,将一个光滑斜面置于匀强磁场中,通电直导体棒水平置于斜面上.电流 方向垂直纸面向里.以下四个图中,有可能使导体棒在斜面上保持静止的是 （ ）
答案 ACD
3.如图所示,竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直纸面向外,a、b、C、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中 （ ）
A.b、d两点的磁感应强度大小相等
B.a、b两点的磁感应强度大小相等
C.a点的磁感应强度最小
D.c点的磁感应强度最大
答案 ACD
4.如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒,在
导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,下列外加匀强磁场的磁感应
强度B的大小和方向正确的是 （ ）
A.B=mg,方向垂直斜面向上 B.B=mg,方向垂直斜面向下
C.B=mg,方向垂直斜面向下 D.B=mg,方向垂直斜面向上
答案 A
5.如图所示,接通电键的瞬间,用丝线悬挂于一点可自由转动的通电直导线AB的变化情况
是 （ ）
A.A端向上移动,B端向下移动,悬线张力不变
B.A端向下移动,B端向上移动,悬线张力不变
C.A端向纸外移动,B端向纸内移动,悬线张力变小
D.A端向纸内移动,B端向纸外移动,悬线张力变大
答案 D
6.磁性减退的磁铁,需要充磁,充磁的方式有多种.如图所示,甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中,乙是条形磁铁夹在电磁铁中间,a、b和c、d接直流电源.正确的接线方式是 （ ）
A.a接电源的正极,b接负极;c接电源的正极,d接负极
B.a接电源的正极,b接负极;c接电源的负极,d接正极
C.a接电源的负极,b接正极;c接电源的正极,d接负极
D.a接电源的负极,b接正极;c接电源的负极,d接正极
答案 C
7.如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、B=1 T的匀强磁场中,CO间距离为10 cm,当磁场力为0.2 N
时,闸刀开关会自动跳开.则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为 （ ）
A.电流方向C→O B.电流方向O→C
C.电流大小为1 A D.电流大小为0.5 A
答案 B
8.如图所示,用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝,线圈由粗细均匀、单位长度的质量为
2.5 g的导线绕制而成,三条细线呈对称分布,稳定时线圈平面水平.在线圈正下方放有一个
圆柱形条形磁铁,磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O,测得线圈的导线所
在处磁感应强度大小为0.5 T,方向与竖直线成30°角,要使三条细线上的张力为零,线圈中通过的电流至少为 （ ）
A.0.1 A B.0.2 A
C.0.05 A D.0.01 A
答案 A
9.如图所示,有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b,a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上,b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置,且a、b平行,它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时,a恰能在斜面上保持静止,则b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误
的是 （ ）
A.方向向上
B.大小为
C.要使a仍能保持静止,而减小b在a处的磁感应强度,可使b上移
D.若使b下移,a将不能保持静止
答案 B
10.（2009·项城模拟）如图所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡
板和一条形磁铁连接起来,此时台秤读数为N1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线,
电流方向如图,当加上电流后,台秤读数为N2,则以下说法正确的是 （ ）
A.N1＞N2,弹簧长度将变长 B.N1＞N2,弹簧长度将变短
C.N1＜N2,弹簧长度将变长 D.N1＜N2,弹簧长度将变短
答案 B
11.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）.现垂直于导轨放置一根质量为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且指向右斜上方,如图所示,问:
（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- （2） 方向水平向右
12.如图所示,质量为m的金属棒,搁在光滑导轨的右端,导轨间距为L,距离地面高度为h,处于
大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中,并接有电动势为E的电池和电容为C的电容器,当将
开关S从位置1拨至位置2时,金属棒被抛出的水平距离为s.求安培力对金属棒所做的功.
答案
13.如图所示为利用电磁作用输送非导电流体装置的示意图.一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为A的小喷口,喷口离地的高度为h.管道中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b,其中棒b的两端与一电压表相连,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中,当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为s.若液体的密度为ρ,不计所有阻力,求:
（1）活塞移动的速度.
（2）该装置的功率.
（3）磁感应强度B的大小.
（4）若在实际使用中发现电压表的读数变小,试分析其可能的原因.
答案 （1）
（2）
（3）
（4）∵U=BLv
∴喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,或磁场变小等会引起电压表读数变小.