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2018_2019高中物理第1章电与磁第5节奥斯特实验的启示学案粤教版选修1_1

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                       第五节 奥斯特实验的启示

           学 习 目 标                               知 识 脉 络
  1.了解奥斯特发现电流磁效应的历
  程.
  2.会判断安培力的方向.(重点、
  难点)
  3.知道影响安培力大小的因
  素.(难点)
                             [自 主 预 习·探 新 知]
                                    [知识梳理]
    一、奥斯特的发现
    1820 年丹麦科学家奥斯特通过实验发现了电流的磁效应,说明电流能够产生磁场.它
使人们第一次认识到电和磁之间确实存在某种联系.
    二、安培力的大小
    1.安培力的定义:磁场对通电导体的作用力称为安培力.
    2.实验表明,如图        1­5­1 所示,通电导体所受的安培力的大小与磁感应强度、电流大
小以及磁场中垂直于磁场方向的导体长度有关.磁场越强,导体中电流强度越大,通电导
体在磁场中垂直于磁场方向的长度越长,通电导体所受的安培力就越大.


                                     图 1­5­1
    三、安培力的方向
    安培力的方向:用左手定则来判断,伸开左手,使拇指与四指在同一平面内并跟四指
垂直,让磁感线垂直穿入手心,使四指指向电流的方向,这时拇指所指的就是通电导体所
受安培力的方向.
                                    [基础自测]
    1.思考判断
    (1)奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”.(√)
    (2)电流的磁效应揭示了电和磁的联系.(√)
    (3)安培力的大小只跟磁感应强度、电流大小和导体长度有关.(×)
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    (4)当电流与磁场平行时,电流不受安培力.(√)
    (5)当通电直导线垂直于磁感应强度的方向时,安培力的方向和磁感应强度方向相
同.(×)
    (6)已知磁场方向和电流方向,判定安培力的方向用左手;若已知磁场方向和安培力的
方向,判定电流的方向用右手.(×)
    (7)只要电流的方向不与磁场平行,电流就会受到安培力.(√)
    [提示] (3)安培力的大小与磁场中垂直于磁场方向的导体长度有关.
    (5)安培力方向垂直于磁场方向.
    (6)已知磁场方向和安培力方向,判定电流方向用左手.
    2.关于磁场和磁感线,下列说法正确的是(  )
    A.磁铁是磁场的唯一来源
    B.磁感线是从磁体的北极出发到南极终止
    C.自由转动的小磁针放在通电螺线管内部,其                   N 极指向通电螺线管磁场的北极
    D.两磁感线空隙处不存在磁场
    C [由电流的磁效应可知电流也能产生磁场,A                  错误;由磁感线的特性可知            B、D  错误;
由通电螺线管磁场的分布可知             C 正确.]
    3.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是(  )
    A.通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大
    B.磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向
    C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同
    D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
    D [磁场中某点的磁感应强度方向和大小由磁场本身决定,磁感应强度的大小可由磁
感线的疏密来反映,安培力的大小不仅与                  B、I、l  有关,还与导体的放法有关.]
    4.如图   1­5­2 所示,其中     A、B 图已知电流和其所受磁场力的方向,试判断图中的磁
场方向.C、D     图已知磁场和它对电流作用力的方向,试判断图中的电流方向.(我们用
“×”表示方向垂直纸面向里,用“·”表示方向垂直纸面向外) 
                                                          【导学号:71082024】


                                     图 1­5­2
    [解析] 根据左手定则,导线在磁场中受力的方向既要与磁感线垂直,还要与导线中
的电流方向垂直,即垂直于磁感线与电流所决定的平面.
    [答案] A   图磁场方向垂直纸面向外;B            图磁场方向在纸面内垂直           F 斜向下;C、D     图
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电流方向均垂直于纸面向里.
                             [合 作 探 究·攻 重 难]

                                安培定则的应用

    1.直线电流的磁场
    安培定则:用右手握住通电直导线,使伸直拇指的方向与电流的方向一致,
则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕方向,如图                        1­5­3 所示.


                                     图 1­5­3
    2.环形电流的磁场
    安培定则:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环
形载流导线中心轴线上磁感线的方向,如图                   1­5­4 所示.


                                     图 1­5­4
    3.通电螺线管的磁场
    安培定则:用右手握住螺线管,让弯曲的四指的方向跟电流的方向一致,则拇指所指
的方向就是螺线管内部的磁感线的方向.也就是说,拇指指向通电螺线管的北极.如图
1­5­5 所示.


                                     图 1­5­5
          (多选)如图     1­5­6 所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方,此时
小磁针的    S 极向纸内偏转,这一束带电粒子可能是(  )
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                                     图 1­5­6
    A.向右飞行的正离子束
    B.向左飞行的正离子束
    C.向右飞行的电子束
    D.向左飞行的电子束
    思路点拨:①粒子可能带正电,也可能带负电.
    ②小磁针的     S 极向纸内偏转,说明该处磁场方向向外.
    BC [小磁针的     S 极向纸内偏转,说明此处磁场向外,根据安培定则可知电流方向从
b 向 a,选项   B、C  正确.]


    运动的带电粒子的电性、粒子运动方向、磁场方向可以相互判断,只要知道其中任两
个量,利用安培定则,可以判断第三个量.

    [针对训练]
    1.如图   1­5­7 所示,一枚小磁针放在半圆形导线环的环心                  O 处,当导线中通以如图所
示方向的电流时,小磁针将如何偏转(  )


                                     图 1­5­7
    A.沿顺时针方向转动
    B.沿逆时针方向转动
    C.N 极转向纸内,S       极转向纸外
    D.N 极转向纸外,S       极转向纸内
    C [由安培定则知,环形电流内部磁场方向垂直纸面向里,故                         N 极转向纸里,C      选项
正确.]

                                 安培力的大小
    1.安培力的决定因素有两个:一个是放入磁场中的一段导体的                          IL 的乘积,另一个是
磁场本身,即磁场的磁感应强度              B.
    2.通过实验归纳得出,电流方向跟磁场垂直时,电流受到的安培力最大,为                                F=
BIL,平行放置时安培力为          0.
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    3.一般情况下,电流受到的安培力介于零和最大值之间.所以                          F=BIL 只适用于电流
与磁场方向垂直的情况.
          把长    0.10 m 的直导线全部放入匀强磁场中,保持导线和磁场方向垂直.已知
磁场的磁感应强度的大小为            5.0×10-3T,当导线中通过的电流为            3.0 A 时,该直导线受到
的安培力的大小是(  )
    A.3.0×10-3N                       B.2.5×10-3N
    C.2.0×10-3N                       D.1.5×10-3N
    思路点拨:导体与磁场垂直,直接利用公式                  F=BIL  计算.
    D [导线受到的安培力的大小            F=BIL=5.0×10-3×3.0×0.10 N=1.5×10-3N.]


    1I⊥B,此时安培力最大,F=BIL.
    2I∥B,此时安培力最小,F=0.

    [针对训练]
    2.(多选)质量为      M 的金属闭合矩形线框         abcd,用细软的绝缘丝线悬挂起来,矩形线
框  abcd 的下半部分处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,线框中通有方向为                            abcda 的电流,
如图   1­5­8 所示.此时悬线上有拉力.为了使拉力等于零,可   (  )


                                     图 1­5­8
    A.适当增大磁感应强度
    B.使磁场反向
    C.适当增大电流强度
    D.使电流反向
    AC [由左手定则知,导线          bc 受向上的安培力      F,对线框受力分析知,悬线拉力              T=
Mg-F,要使拉力      T 等于零,应增大导线         bc 受到的安培力     F.因安培力的大小随磁感应强度
的大小、电流的大小与导体长度的增大而增大,故                     A、C  正确,若使磁场反向或使电流反向,
则  bc 受的磁场力向下,拉力不可能为零,故                B、D 均错.]

                                 安培力的方向
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    安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直,又跟电流方向垂直.三个方向之
间的关系可以用左手定则来判定.
    1.由左手定则可判定         F⊥I,F⊥B,但     B 与 I 不一定垂直,即安培力的方向
总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面.在判断时,首先确定磁场与电流所决定的
平面,从而判断出安培力的方向.
    2.若已知    B、I  方向,安培力的方向唯一确定;但若已知                 B(或  I)与安培力的方向,
I(或  B)的方向不唯一.
    3.注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系.安培力的方向总是与磁
场的方向垂直,而电场力的方向与电场的方向平行.
          如图    1­5­9 所示,两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆                   MN,处在与其垂
直的水平匀强磁场中.金属细杆的长度为                  1   m,质量为    8.9×10-3kg.当金属细杆中通以
0.89      A 的电流时,两绝缘细线上的拉力均恰好为零.忽略与金属细杆连接细导线的影
响.求: 
                                                          【导学号:71082025】


                                     图 1­5­9
    (1)金属细杆所受安培力的方向;
    (2)金属细杆中电流的方向;
    (3)匀强磁场的磁感应强度大小.
    [解析] (1)安培力方向竖直向上.
    (2)电流方向从     N 流向  M 或向左.
    (3)依据  F=BIL                                ①
    F=mg                                       ②
           mg
    得到  B=  IL =0.1 T.
    [答案] (1)竖直向上 (2)从         N 到 M (3)0.1 T


    1安培力的方向既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,即安培力的方向总是垂直
于磁场和电流所决定的平面.2安培力的方向、磁场方向、电流方向这三个量,已知其
中任意两个,能求第三个.
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    [针对训练]
    3.如图  1­5­10 所示,一通电直导线与匀强磁场方向垂直,导线所受安培力的方向是(  )


                                    图  1­5­10
    A.向上
    B.向下
    C.垂直纸面向里
    D.垂直纸面向外
    C [由左手定则知,选项          C 正确.]
                             [当 堂 达 标·固 双 基]
    1.如图   1­5­11 所示,关于奥斯特实验的意义,下列说法中正确的是(  )


                                    图  1­5­11
    A.发现电流的热效应,从而揭示电流做功的本质
    B.指出磁场对电流的作用力,为后人进而发明电动机奠定基础
    C.发现电磁感应现象,为后人进而发明发电机奠定基础
    D.发现通电导体周围存在磁场,从而把磁现象和电现象联系起来
    D [奥斯特实验发现通电导体周围存在磁场,从而把磁现象和电现象联系起来.]
    2.关于通电直导线所受安培力             F,磁感应强度      B 和电流   I 三者方向之间的关系.下列
说法正确的是  (  )
    A.F、B、I   三者必定均保持垂直
    B.F 必定垂直于      B、I,但   B 不一定垂直于      I
    C.B 必定垂直于      F、I,但   F 不一定垂直于      I
    D.I 必定垂直于      F、B,但   F 不一定垂直于      B
    B [由安培力的特点知         B 正确.]
    3.如图   1­5­12 所示,把一水平导体棒置于竖直向下的匀强磁场中,棒中分别通有电
流  I 和 2I,则棒所受安培力(  ) 
                                                          【导学号:71082026】
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                                    图  1­5­12
    A.通有电流     I 时小
    B.通有电流     2I 时小
    C.一样大
    D.不能确定
    A [当棒中通有电流        I 时,棒所受的安培力        F=BIL;当棒中通有电流         2I 时,棒所受
的安培力    F′=2BIL,选项     A 正确.]
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